防水透氣織物的種類及應用
防水透氣織物的種類及應用
防水透氣織物是指織物在穿著過程中，水在一定壓力下不浸透織物，而人體散發(fā)的汗液等卻能以水蒸氣的形式通過織物傳導到外界，保持穿著者干爽、舒適。防水透氣織物之所以能達到防水透氣就是利用水分子的直徑大于水汽分子的直徑的原理，織物表面的孔徑遠小于水滴、又遠大于水蒸氣分子，這樣的織物做成的服裝，既可以抵御風、雨、雪的潮濕和寒冷，又具備透氣性，可以使人在運動中不至于過熱或者潮濕，并且在停止運動后立刻平靜下來。如果僅僅防水而不透氣，汗水將被限制在衣物內(nèi)而使人感覺非常寒冷。同時該種面料還具有防風性，以使人體和面料之間有靜止的空氣層，使人保持溫暖。如果外層衣物不能防風，則中間層不能保暖，身體由此感覺寒冷。
一、防水透氣織物類型
目前防水透氣織物有 3 大類型：種是高密度織物，它利用高支棉紗和超細合成纖維制成高密度的織物，有較高的水蒸氣透過性，經(jīng)過拒水整理后具有一定的防水性。其特點是透濕性好，柔軟性和垂性也較好，但耐水壓較低、次品率高、染整加工困難、折邊耐磨擦性較差?；谶@一原理設計的防水透氣織物有超細高密織物、特高密度的棉織物等。第二種是涂層織物，它可分為親水涂層和微孔涂層織物兩種。親水涂層是在織物表面涂上一層親水涂層，由于涂層覆蓋了織物的所有空隙，因而可以防水。如果高分子鏈上有親水基因，含量和排列合適，則它們可以與水分子作用，借助氫鍵和其它分子間力，在高濕度一側吸附水分子，通過高分子鏈上親水基因團傳遞到低濕度一側解吸。涂層織物一般加工簡單，其特點是透濕小、耐水壓不大。第三種是層壓復合織物，它是將防水透濕和防風保暖集于一身，具有明顯的技術優(yōu)勢。運用層壓技術把普通織物與 E-PTFE 復合于一體，取長補短，是目前防水透濕織物的主要發(fā)展方向。
目前應用較多的防水透濕織物以后兩種較多。從測試數(shù)據(jù)上看，在常溫和靜態(tài)下，聚氨酯（TPU）和聚四氟乙烯（PTFE）的防水透濕是相當?shù)?，但在運動情況下，出汗增多，TPU 導濕受到限制，在低溫情況下，溫度越低差別越大，隨著溫度下降 TPU 分子活動能力下降收縮，0℃時 TPU 的導濕能力成倍下降，0℃以下時幾乎為零，到零下 15℃時發(fā)脆容易斷裂，而 E-PTFE 在溫度零下 150℃到零下 300℃之間不會發(fā)生變化，導濕能力基本不變，能更快把水蒸氣排出，保持干爽和舒適。同時聚四氟乙烯的微孔不是一條直的通道，而是通道在膜內(nèi)結成網(wǎng)狀結構，風不能直接通過，遇到阻隔改變方向折回，達到防風效果，同時起到保暖作用，所以 E-PTFE 是在惡劣環(huán)境里使用的理想材料。
二、常見防水透氣性織物
（一）涂層織物
初用于防水透氣涂層織物的有聚氯乙烯、聚乙烯、聚氯丁橡膠以及其它各種合成橡膠等，但由于其透氣性能差，在服裝內(nèi)部易形成冷凝水，人體有發(fā)悶等不舒適感。后來發(fā)展的熱塑性聚氨酯（TPU）的涂層具有良好的耐磨性、抗化學及水解性、耐低溫性，防蟲蛀、發(fā)霉，易著色，工藝操作選擇范圍大等優(yōu)點，不管是在應用范圍，還是在自身性能的改善等方面都得到極大的發(fā)展。聚氨酯用于織物的涂層整理，不論在原料類型上還是在生產(chǎn)工藝上都有不同形式。
1. 微孔性涂層。微孔性涂層主要是使聚氨酯在成膜過程中形成微孔，這些微孔直徑能阻止水滴而允許水蒸氣分子通過，獲得防水透氣性。目前使用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品有日本 Toary 公司的 ENTRANT，美國Burlington 公司的 Ultrex，Stahi（ICI）/NL 公司的 Porelle 薄膜，比利時 UCBSpecialChemicals 公司的 Ucecoat 2000（S）。
2. 親水性無孔聚氨酯涂層。親水性無孔聚氨酯涂層主要利用親水性基團或親水成分，通過對水分子的吸附、傳遞、解吸作用達到透濕。由于膜中沒有微孔，因此防水性能很好，但透濕氣性能有待于提高。另外，這類涂層織物的缺點是需要表面經(jīng)拒水整理來改善防水性。這類產(chǎn)品有如英國 Baxenden 化學公司生產(chǎn)的 Witcoflex Staycool、X-liner 等，德國 Bayer 公司的 Impraperm。
3. 親水與微孔的復合。此類產(chǎn)品結合微孔性涂層和親水性涂層的特點，在微孔薄膜上加一層親水性無孔膜，對微孔薄膜進行親水性整理來改善微孔薄膜的防水性，但親水性整理要保證不影響原有的透濕氣性。這類產(chǎn)品有如美國 3M 公司生產(chǎn)的 Thintech 品牌，日本 Toray 公司新近開發(fā)的 Entrant GII。
4.形狀記憶聚氨酯無孔薄膜。形狀記憶聚氨酯薄膜的原理就是隨著溫度的改變而改變產(chǎn)品的透濕性，當人體溫度變化時產(chǎn)品的透濕性也隨之改變，就如人體皮膚一樣，達到智能透濕效果。由于膜為無孔膜，因此防水性很好。如日本三菱重工業(yè)公司生產(chǎn)的 Diaplex 產(chǎn)品，不僅適合一般條件下的穿著，而且適合在極端環(huán)境條件下的穿著，其防水透氣保暖性能隨溫度變化而改變，始終保持穿著者有良好的舒適性。
（二）層壓復合織物
1. GORETEX 面料。GORETEX 面料的透氣功能是通過面料上那薄薄的一層 GORETEX 薄膜來實現(xiàn)的，此薄膜每平方厘米由 14 億個小孔組成，這些小孔比水分子小 2 萬倍，比蒸汽分子大 700 倍，同時呈不規(guī)則排列。因此，在人們戶外運動時，GORETEX 面料可將雨雪及寒風阻隔，又將人體所散發(fā)出的汗氣等向外不斷排出，形成一道防風防水的特殊屏障。普通的 GORETEX 面料都可以做到防水 2000mm-3000mm 水柱，而目前臺灣厚生和韓國的一些廠家甚至可以做到防水 4000 mm-6000mm 水柱的面料。但透濕氣的條件是面料外的濕度要比面料內(nèi)的低。否則濕氣不但排不出去，還會反滲進衣服里面來。如果面料外表有防水處理，其透濕程相應會降低。2. Sympatex 面料。Sympatex 面料關鍵點就是使用一種被稱之為新保適的薄膜，它基本上可以壓到任何紡織物和皮革上，是一種親水的無孔聚酯薄膜。因為無孔，它不會被洗滌劑的殘留物或其他顆粒堵塞，所以這種封閉薄膜可以保持長期的透氣性。其防水透氣的原理就是利用水分子和水蒸氣分子的表現(xiàn)不同，即處于液體狀態(tài)時，相互間緊緊吸附。因此，單個分子無法吸附到薄膜分子鏈的正負電荷上，而水蒸氣分子相互間非常獨立，容易被吸進薄膜中。水蒸氣分子粘附到薄膜的正負電荷上，并被排到另一面。通過這樣一個物理化學的過程，允許水氣分子從里面?zhèn)鞯酵饷妫饷娴乃荒苓M入。Sympatex 作為一種防風防雨透氣型面料，在德國及歐洲享負盛名。
3. DENTIK 面料。DENTIK 面料是國內(nèi)登天公司開發(fā)生產(chǎn)的，其防水透氣的原理基本上與 GORETEX 面料相同，都采用 PTFE 微孔膜材料，薄膜有許多微孔結構，每平方厘米 10 多億個孔，開孔率高達 80%，孔徑比水蒸氣分子大 700 倍，汗氣可以通過；孔徑又比水滴小約 10000 倍，液態(tài)水不能通過。這樣， DENITK 面料既可使人體自然排出汗氣，又能抵擋風雨及寒流的進入，特別在惡劣的氣候環(huán)境下，保持人體的干爽舒適。
三、應用
1. 軍事上。防水透氣織物首先被開發(fā)應用于軍服、防護服的生產(chǎn)。對于空軍飛行員、海軍士兵和特種兵來說，突然浸沒在冷水中會導致體溫下降，是造成人員傷亡的重要因素之一。防水透氣服裝已作為美軍空軍飛行員、船員和執(zhí)行海陸空行動等特種兵的專用防暴服裝。該類服裝在溫度為 70C 的冷水中，能提供高達 2 小時的保護作用，并且穿著輕便、舒適。防水透氣織物的應用不僅解決了透氣和防水的矛盾，還可以減輕雨衣的重量，從而有效地減輕士兵負荷量。
2. 民用中。防水透氣織物在民用中應用多的就是戶外產(chǎn)品如帳篷、睡袋、沖鋒衣、鞋子等。如戶外用的睡袋要求保暖、透氣、重量輕等，基于 PTFE 微孔膜層壓織物，采用雙層結構，外層為尼龍織物，里層為 PTFE 膜。這種睡袋使用時沒有缺氧、一氧化碳中毒的危險。由于 PTFE 材料具有極優(yōu)異的耐化學腐蝕性和阻燃性能，加上薄膜的微孔結構又使其更具有優(yōu)越的防水透氣性，所以成為開發(fā)核生化防護服的理想材料。防水透氣層壓織物不僅能滿足嚴寒雨雪、大風天氣等惡劣環(huán)境中人們活動時的穿著需要，也適用于人們?nèi)粘Ｉ顚τ暌?、鞋類等的要求，具有廣闊的應用和開發(fā)前景。未來防水透氣織物研究開發(fā)的重點是降低成本，并朝著更加輕便、舒適、多功能化的方向努力。防水透氣織物是一種高附加值的產(chǎn)品，應用廣泛。不同的生產(chǎn)工藝其生產(chǎn)的防水透氣產(chǎn)品各有其特色，同時也存在著不盡完善的地方，這就需要廣大科技工作者繼續(xù)努力，開發(fā)出更具舒適性和功能性的織物，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求。
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