殷英賢 王懽 ( 北京服裝學(xué)院，北京，100029)
　　張建春 郭玉海 (中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所)
　　
　　〖摘要〗通過復(fù)合方法在聚四氟乙烯(PTFE)薄膜表面涂覆一層聚氨酯(簡稱PU)膜制得復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)表明采用混合溶劑的辦法，可以將PU有效的粘合在PTFE表面上，剝離強(qiáng)度大。在復(fù)合工藝參數(shù)上作了探討后制得的復(fù)合膜的透濕性和彈性回復(fù)率均符合服用性要求。
　　〖關(guān)鍵詞〗PTFE薄膜PU薄膜復(fù)合膜剝離強(qiáng)度透濕性彈性回復(fù)率
　　　
　　聚四氟乙烯(PTFE)薄膜具有防風(fēng)、透濕、防水、保暖性能以及優(yōu)良的耐化學(xué)性和耐低溫性能。但聚四氟乙烯薄膜缺乏彈性，直接影響其與彈性紡織材料的復(fù)合應(yīng)用。因此，改善聚四氟乙烯薄膜的服用性能具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　1實(shí)驗(yàn)部分
　　1.1實(shí)驗(yàn)原料及化學(xué)藥品
　　PU切片(比利時(shí)UCB公司提供)，PTFE薄膜(新鄉(xiāng)護(hù)神有限責(zé)任公司提供);丙酮，丁酮，乙酸乙酯，甲苯，二甲基甲酰胺(DMF)，均為分析純。
　　1.2實(shí)驗(yàn)工藝
　　1.2.1溶解聚氨酯DMF是溶解聚氨酯的一種常用溶劑，據(jù)文獻(xiàn)[1」報(bào)道:聚氨酯在DMF溶液中并不真正溶解，聚氨酯鏈在其中呈卷曲狀，鏈間可能相互纏繞，存在"纏繞與解纏繞"狀態(tài)的動(dòng)平衡，隨著濃度的降低，鏈間的纏繞逐步打開。顯然，由于鏈間的纏繞，加劇了溶液的粘性，對(duì)涂膜不利。實(shí)驗(yàn)表明，溶液的含固量在18%-20%之間比較合理。
　　將聚氨酯配制成含固量18%的膠粘劑。溶解聚氨酯的主要溶劑是DMF，丙酮、丁酮、乙酸乙酯、甲苯為輔助溶劑，兩者質(zhì)量比為3:2。
　　1.2.2聚氨酯與聚四氟乙烯薄膜復(fù)合采用干法制作復(fù)合膜。將備好的聚氨酯膠粘劑用刮刀直接涂覆在PTFE薄膜上，蒸發(fā)溶劑采用兩步升溫的方法，先在輔助溶劑的沸點(diǎn)附近加熱一段時(shí)間，最后在150℃烘一段時(shí)間。
　　1.3性能測試
　　1.3.1剝離強(qiáng)度的測定采用180°剝離試驗(yàn)儀進(jìn)行測試(U-型剝離試驗(yàn))，根據(jù)GB11042-89，剝離速度為200.00mm/min，試樣規(guī)格2.5cm×l5cm。
　　1.3.2透濕量的測定參照GB/T12704-91蒸發(fā)法測定。透濕量單位為g/m2·24h。
　　1.3.3彈性回復(fù)率的測定[2]分別在拉伸伸長率為30%、40%、50%的情況下測定復(fù)合膜經(jīng)緯向的回復(fù)性能。彈性回復(fù)率=(拉伸后的長度-拉伸回復(fù)后的長度)/拉伸的長度×100%。拉伸速率:1OOmm/min。
　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
　　2.1剝離強(qiáng)度的影響因素
　　2.1.1溶劑對(duì)剝離的影響完全浸潤是獲得高強(qiáng)度粘接的必要條件。在環(huán)境溫度17.8℃下，所測DMF在PTFE上的接觸角為92°，丙酮、丁酮、乙酸乙酯、甲苯則是潤濕的。表1是不同溶劑溶解聚氨酯制得復(fù)合膜的剝離強(qiáng)度。
 

　　表1不同溶劑+DMF所得膜的剝離強(qiáng)度數(shù)據(jù)比較表

　　注：①緯向和經(jīng)向只是PTFE薄膜的2個(gè)不同方向。②由于在剝離實(shí)驗(yàn)中，力值超過5N時(shí)PTFE膜容易被撕裂，剝離等級(jí)表示l級(jí)表示很易剝離，剝離力小于1.5N；2級(jí)表示較易剝離，剝離力大于1.5N小于3N；B級(jí)表示較難剝離1%伸8Omm左右時(shí)PTFE膜撕裂，此時(shí)的剝離力在5N左右；4級(jí)表示剝離時(shí)所需力很大。拉伸4Omm左右時(shí)PTFE膜撕裂，此時(shí)的剝離力在5N左右；5級(jí)表示完全粘合在一起，剝離時(shí)所需力很大，僅能剝離一小部分PTFE膜便撕裂。
　　從表1看出，只用DMF作溶劑，由于DMF對(duì)PTFE薄膜是不潤濕的，導(dǎo)致PU不能在PTFE薄膜上很好的鋪展，得不到理想的剝離強(qiáng)度。因此添加一種輔助溶劑是必不可少的。理論上丙酮、丁酮、乙酸乙酯、甲苯都能浸潤PTFE薄膜，都有助于PU在PTFE薄膜上鋪展，但是丙酮的揮發(fā)性太大，25℃時(shí)揮發(fā)量為29%[3]，可能尚未充分發(fā)揮它對(duì)PTFE薄膜的浸潤作用就己揮發(fā)掉，結(jié)果復(fù)合膜剝離強(qiáng)度也達(dá)不到理想要求。丁酮、乙酸乙酯、甲苯作為輔助溶劑效果都不錯(cuò)。
　　2.1.2不同固化條件對(duì)剝離強(qiáng)度的影響不同固化條件對(duì)剝離強(qiáng)度的影響是很大的，如果條件控制得當(dāng)，就可以得到滿意的粘接效果。具體試驗(yàn)情況見表2。

　　注:剝離等級(jí)同表1注②。
　　從表2可知，固化條件對(duì)剝離強(qiáng)度有很大的影響，初始固化溫度不宜過高，應(yīng)在乙酸乙酯沸點(diǎn)77℃附近固化，文獻(xiàn)[4]表明:當(dāng)溫度接近沸點(diǎn)時(shí)，液體的表面張力隨溫度的升高而迅速減少，接觸角也很快趨于零。保持一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)充分發(fā)揮乙酸乙酯的擴(kuò)散作用，使PU與PTFE充分結(jié)合。如果直接高溫固化，如表2中150℃、10min，溶劑在極短的時(shí)間內(nèi)揮發(fā)掉，PTFE表面還沒有來得及充分潤濕，因此粘合較差。在乙酸乙酯沸點(diǎn)77℃下固化幾分鐘后(時(shí)間依據(jù)所涂PU膜的厚度而定)，還需在高溫下繼續(xù)固化幾分鐘，膠粘劑可以充分進(jìn)行交聯(lián)，溶劑也徹底的揮發(fā)，很好的固著在PTFE膜上。
　　2.1.3皂洗對(duì)剝離強(qiáng)度的影響采用2g/L的皂洗液，皂洗l5h，室溫晾干。從表1、2看出，皂洗后剝離強(qiáng)度變化不明顯。
　　2.2聚氨酯溶劑的選用對(duì)復(fù)合膜透濕量的影響
　　本實(shí)驗(yàn)采用蒸發(fā)法，測量溫度為38℃，相對(duì)濕度為28%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

　　圖1不同溶劑所制得膜的透濕量與厚度之間的關(guān)系

　　從實(shí)驗(yàn)可以看出，復(fù)合膜的透濕與所采用的PU的溶劑沒有必然的關(guān)系，隨著薄膜厚度的增加透濕量呈遞減趨勢。
　　2.3復(fù)合膜的彈性回復(fù)情況
　　高拉伸性織物有很高的彈性和回復(fù)性[2]。拉伸率一般為30%-50%，回復(fù)的損失率少于5%-6%。復(fù)合膜作為一種彈性服裝材料，應(yīng)該符合上述要求。表3為所測復(fù)合膜的彈性回復(fù)性能。
 

　　表3用乙酸乙酯+DMF為溶劑所得膜的彈性性能(伸長為50%)

　　　注:樣品原長l0mm。
　　在拉伸過程中，經(jīng)向和緯向所需的力是不同的，這主要是原PTFE膜在雙向拉伸時(shí)，2個(gè)方向拉伸程度不同造成的。復(fù)合膜回復(fù)性能很好，回復(fù)時(shí)間極短，基本上不需要緩彈時(shí)間，回復(fù)率基本上可高達(dá)95%以上，只是0.lmm和O.2mm涂膜的回復(fù)率稍低于95%，原因是此時(shí)膜比較薄，PU含量少，所起的作用就小，但彈性比原PTFE膜要強(qiáng)很多。原PTFE膜的彈性幾乎為零。涂膜厚度最好不要低于0.3mm。
　　聚氨酯之所以具有優(yōu)良的彈性與它的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。聚氨酯彈性體分子含有軟鏈段和硬鏈段。其中軟鏈段(聚酯、聚醚)均含有C-O鍵和C-C鍵。由于單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)頻率高，并且永不停息，在常溫下會(huì)形成各種各樣的構(gòu)象。它們時(shí)而收縮，時(shí)而擴(kuò)張伸展，顯得十分柔順，能賦予彈性體良好的橡膠彈
　　性，從而對(duì)外力的作用表現(xiàn)出很大的適應(yīng)性。而硬鏈段由二異氰酸酯和低分子擴(kuò)鏈劑反應(yīng)而成。相對(duì)分子質(zhì)量小、鏈段短、含強(qiáng)極性的氨基甲酸酯基、脲基、芳香基等基團(tuán)。硬鏈段之間作用力大，彼此靠靜電力締合在一起，不容易改變自己的構(gòu)象，顯得十分僵硬[5]。硬軟段結(jié)合，在拉伸時(shí)顯示出高彈特性。
　　3結(jié)論
　　1、溶解pu的溶劑是影響剝離強(qiáng)度的主要因素，溶劑與PTFE膜的接觸角越小，表面張力越小，PU與PTFE膜的粘著越強(qiáng)，剝離強(qiáng)度就越大。本實(shí)驗(yàn)選擇的是乙酸乙酯+DMF作為溶解PU的混合溶劑；水洗對(duì)剝離強(qiáng)度影響不明顯；固化條件對(duì)復(fù)合膜的剝離有影響，宜采用逐步升溫方法。
　　2、在PTFE膜上復(fù)合PU后，原膜的透濕量下降；膜越厚，透濕量下降越多；不同性質(zhì)的溶劑對(duì)透濕量影響不大。
　　3、在PTFE膜上復(fù)合適當(dāng)厚度的PU以后，復(fù)合膜的彈性在拉伸率為30%-50%的情況下變化不大，完全符合服用的彈性要求。
　　參考文獻(xiàn)
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　　4、S.吳，高聚物的界面與粘合，北京:紡織工業(yè)出版社，1987；513、133
　　5、山西化工研究所編，聚氨酯彈性體手冊(cè)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998