纺织品防水透湿工艺及检测标准

　　摘要：纺织品的防水透湿功能一直是人们追求的目标，根据不同的加工工艺，效果也不尽同，本文总结了纺织品防水透湿的加工工艺，并对国内外较为常用的检测方法进行了分析，以便于更好地对纺织品防水透湿性能进行评价．
　　关键词：防水透湿；防水透湿工艺；检测标准
　　1前言
　　随着纺织品加工技术的发展，具有一定功能性的纺织产品不断涌现。防水纺织品或同时具有透湿透气、保暖等功效的防水纺织品，在户外冲锋衣、消防服、蓬盖布及医疗专用防护服等产品上的应用越来越多。从目前来看，防水透湿纺织材料的加工工艺有多种，不同整理工艺生产的产品，其防水透湿效果不尽相同。为了更好的开展防水透湿纺织品的检测与评价工作，本文总结和分析了防水透湿纺织品的加工工艺，并对市场上较为常用的防水透湿检测方法和评价指标进行了研究。
　　2防水透湿工艺
　　纺织品的防水透湿性可利用水蒸汽分子和水分子的巨大差异实现，如果设法在织物上形成某种“孔”，使孔径的大小介于水滴最小直径（100μm）和水汽直径（0.0004μm）之间，则可以使织物只允许水蒸汽分子通过，而阻止水滴的透过，从而使织物既具有防水功能，又具有良好的透湿效果。而致密亲水膜防水透湿织物则是通过亲水膜亲水链段的化学吸附，在一定的温度和湿度梯度下传递水蒸汽；通过亲水膜的疏水链段阻止液态水的渗透。防水与透湿是相互矛盾的一对指标，不能绝对地提出防水性极好而透湿性又优良的苛刻要求。目前纺织品的防水透湿工艺主要有一下三种。
　　2.1疏水剂整理法
　　为了防雨，人们用桐油、亚麻油之类天然产物，涂于布或纸上，制成不透气的油布、油纸，达到防水效果，但很硬，耐久性很差。橡胶发现后，做成橡胶涂层布，虽然柔软一些，仍不透气，穿着很不舒服。为了解决透气性问题，相继发明了许多疏水处理剂，如早期的铝皂防水剂，石蜡乳液等，现在普通的雨衣就是用疏水剂处理的，近期的有机硅、有机氟等疏水剂，性能较为优良，用途更为广泛。
　　织物经过各种疏水剂的乳液或溶液浸渍、干燥、焙烘后，在织物表面成一层疏水基因，达到防水目的，这是众周知的。透湿性随不同的疏水剂略有不同，但防水性不理想，耐水压低，不耐洗涤。
　　2.2涂层整理法
　　高分子合成材料的出现，产生许多聚合物涂料，如氯丁橡胶、乙烯基树脂、聚丙烯酸酪类树脂、聚氨基甲酸酪等，与此同时发展的合成纤维工业，又提供强度高、重量轻的纯尼龙之类的织物作为基布，使涂层防水织物轻薄柔软。由于涂层配方随聚合物不同，可以添加各种助剂，因而品种众多可以赋予耐低温、防油、防霉等各种优异能，有的添加亲水性物质，透湿性也有增加，进一步提高了实用性能。近年来，高分子论和合成技术进展很大，已能制造具有微孔的超薄高分子膜，采用粘结或层压技术使与织物结合，如聚四氟乙烯多微孔薄膜与尼龙织物层压成复合材料，保持织物柔软，轻薄特点，又能透湿防水。
　　主要利用涂层和薄膜的多微孔性质，过去在涂层中加入亲水性微粒，多孔填料，发泡剂等方法，使涂层中产生排出汗水气的通路，但是这些方法产生的小孔不均匀，不能完全阻挡水滴浸入。现在从高聚物微结构形态着手，发现某些高聚物在特定工艺条件下，能生成原纤维组成的行列薄片结构，经单轴拉伸而形变，在行列之间形成多微孔，经过热处理，该结构被固定下来，这些微孔直径0.2～10微米，孔隙率达80%以上，相当于一个平方厘米上有十多亿个微孔，由于微孔直径是水滴直径的1/5000～1/20000，是水蒸气分子直径的700倍左右，因此可以阻止水滴通过，而让水蒸气分子自由通过，汗水蒸汽利用衣料内温度与外界环境温度之间温差及湿度差而排向外界。
　　2.3紧密织物法
　　应用高密度织物制成的透湿防水织物，它完全保持纤维织物自然的风貌，不用疏水剂整理加工，也没有涂层、薄膜覆盖，因此手感好，风格柔软服用性能优良。这是超细纤维和超高收缩技术结合的产物，使用0.1旦尼尔或更细的超细旦纤维，织物的经向每英寸有1万多根纤维，纬向每英寸有5～6万根纤维，这种织物的密度是普通织物的20倍左右，织物经过收缩后是原坯布面积的60%，因此质地紧密，好似合成皮革，表面有微细绒毛丛立着，孔隙只有7微米左右，起到透湿防水的作用，这种超细纤维可以是涤纶、锦纶等合成纤维，也可以是棉纤维。
　　2.4防水透湿方法比较
　　从表1中可以看到，某些透湿防水织物的综合性能已经相当优良了，并各具特色，有的特别轻薄，有的有天然的柔软风格，但是各自也存在一些不足的地方，透湿性高了，防水性就差些等等，因此可以根据织物的用途，选择相应类型牌号，制造合适的透湿防水服装。
 

　　表1防水透湿织物的性能

　　前述三种方法制备防水透湿织物已经应用于工业生产，但仍有不足之处。采用疏水剂整理的织物防水性不理想，耐水压低，不耐洗涤。亲水膜技术制备的防水透湿织物悬垂性和柔软性差，透湿性相对较低，附着牢度差；而微孔技术制备防水透湿织物则工艺复杂，成本高，限制了其推广和使用。利用织物本身紧密结构制备的防水透湿织物耐水压太低。
　　3纺织品防水检测标准与评价
　　3.1检测标准
　　国内外测定纺织品防水性能的试验方法较多，但主要分为两个方面，一方面是测定纺织品表面抵抗被水润湿的性能，另一方面是测定纺织品抵抗水渗透的性能。主要有ISO、EN、AATCC、JIS、GB等标准，经对比发现，试验方法标准从原理上主要包括静水压法和喷淋法两大类。
　　3.1.1静水压法
　　国内外适用于静水压法的主要方法标准见表2。
 

　　表2静水压法的方法标准

　　静水压法国际上使用较为广泛的为ISO811和ISO1420，各个国家的标准大多是在这两项标准基础上制定。ISO811和ISO1420的测试原理基本一致，都是在试样的一面施加水压，观察试样是否出现渗透现象，不同的是ISO811主要是针对一般织物，ISO1420是针对涂层织物。此外，在试验结果表达上，两个标准也存在一定区别，ISO811是在试验中持续增加水压，直到试样出现三处渗水，记录此时的压力值作为试验结果，而ISO1420则在规定的水压条件下保持一段时间，如试样未出现渗水现象，则表明试样通过检验。
 

　　图1静水压法装置示意图

　　除以上两项方法标准，还有EN、AATCC、JIS、GB等标准，但这些标准都是在等同采用或参照ISO标准的基础上制定的。我国行业标准FZ/T01004-2008是在修改采用ISO1420-2001基础上制定，适用于涂层织物，与ISO1420的差异是增加了试验结果通过与否的说明以及最终静水压值的测定。
　　3.1.2喷淋法
　　国内外适用于喷淋法的主要方法标准见表3。
　　目前国内外采用喷淋法测定纺织品防水性的标准，根据喷淋的位置分为竖直喷淋和水平喷淋。表3中除ISO22958和GB/T23321是采用水平喷淋，其余均为竖直喷淋法，在这些方法中较为通用的是ISO4920、ISO18695和ISO9865。ISO4920是测定试样表面抵抗润湿的能力，其测试原理是对试样进行竖直喷淋，通
　　过观察试样表面润湿程度对其进行评级。评级共分5等，其中5级表明织物表面没有润湿，1级表面织物表面全部润湿。ISO18695和ISO9865的测试原理与ISO4920有所不同，ISO18695规定的方法是测定织物抵抗水渗透的性能，其只将试验过程中穿透试样的水量作为试验结果，没有对试样表面评级的要求。而ISO9865除了要对试样表面润湿程度进行评级外，还将试样吸水量作为试验结果之一。
 

　　表3喷淋法的方法标准

　　图2竖直喷淋法装置示意图

　　我国行业标准FZ/T01038-1994是在参考AATCC42-1985的基础上制定，试验方法分为A法和B法，较AATCC42多了试样表面评级的要求以及试样被穿透时的喷淋时间和流量的计算。

　　图3水平喷淋法装置示意图

　　与以上试验方法采用竖直喷淋法不同，ISO22958和GB/T23321是采用水平喷淋来测定织物抵抗水穿透试样的方法，适用于各种经过及未经过防水(或拒水)整理的织物，特别适用于具有较强防水性能的织物，试验原理为将背面附有吸水纸（质量已知）的试样在规定条件下用水喷淋5min，然后重新称量吸水纸的质量，通过吸水纸质量的增加来测定试验过程中渗过试样的水的质量。从测试织物上裁取至少3块试样，每块试样的尺寸约为（200×200）mm。GB/T23321是在修改采用ISO22958的基础上制定，技术参数基本一致，只是试验用水温稍有不同。
　　3.2评价指标
　　由于纺织品的防水工艺和用途不同会导致防水性能存在一定差异，评价指标也不同，目前，无论是针对静水压法还是喷淋法国内外还没有单独的防水性评价标准。针对各种产品的评价要求大多数出现在产品标准中。
　　IS05912-2003《宿营帐篷》中规定，不同类型的帐篷顶部和四周均有最低防水要求，以涂层织物制作的T或R型帐篷为例，采用ISO1420测试时，其耐水压值为80kPa。其他行业内，对纺织品的防水要求也分布于各个标准中，如GB/T23317-2009《涂层服装抗湿技术要求》是在修改采用BS6408-1983基础上制定，规定面料和接缝处的静水压值至少为l0kPa和20kPa。我国公安标准GA10-2002《消防员灭火防护服》是在ISO11613-1999的基础上制定，规定防水透湿层的静水压值至少17kPa，面料外层的抗湿级数至少为3级。
　　4纺织品透湿检测标准与评价
　　水汽通过织物传递的途径主要有三个方面：一是水汽通过织物的微孔扩散；二是纤维自身吸湿，并在水汽压较低的一侧蒸发；三是毛细管吸收水分向水汽压低的一侧传递和蒸发。因此纺织品透湿性包括两个方面，一方面是纺织品的透气性，其影响水汽通过织物的第一种途径。透气性好的织物，透湿能力就强，它直接影响到织物的服用性能。织物透气性决定于织物的经纬纱线间以及纤维间空隙数量与大小，亦即与经纬密度，经纬纱线特数、纱线捻度因素有关，此外还与纤维性质，纱线结构、织物厚度和体积重量等因素有关。另一方面是纺织品自身对水汽的吸收和传递能力，其影响水汽通过织物的第二和第三种途径，这是织物透湿的间接能力。这一能力主要与织物自身的材质密切相关，在织物两边水汽压力不同时，水汽会从高压一边透过织物流向另一边。本文中的检测标准主要介绍关于纺织品透气方面的情况。
　　4.1检测标准
　　纺织品透气性检测的原理：在规定的压差条件下，测定一定时间内垂直通过试样给定面积的气流流量，计算出透气率。气流速率可直接测出，也可通过测定流量孔径两面的压差换算而得。目前，常用的纺织品透气性的测试标准有ASTMD737-1996和GB/T5453-1997，下面对两种标准进行比较，如表4所示。

　　表4纺织品透气性测试方法标准的比较

　　使用范围，GB/T5453-1997适用于产业用织物、非织造布和其它可透气纺织品，ASTMD737-1996适用于机织物、非织造布、充汽袋用布、地毯、起毛起绒织物、针织物和多层织物。因为漏气会影响织物透气性的测试结果，所以各测试标准中均提到了预防漏汽的措施，要求使用试样夹具和橡胶垫圈。橡胶垫圈多次使用后易老化变形，从而影响测试结果，应弃用。试样夹具适用于针织物或易与测试头相粘的织物，不适用于厚重或硬挺织物。当测试织物正反面的透气性存在差异时，压力小的一面应朝下，以防漏气。若想获得精确的织物透气量，可将不透气盖板盖住试样，分别测定漏气量和透过织物的气流量。
　　4.2评价指标
　　一般来说织物透气性的顺序为：透孔织物>缎纹织物>斜纹织物>平纹织物；织物浮长增加，织物的透气性也相应增加。液氨整理能提高织物的透气性，三防整理会明显降低织物的透气性。织物水洗5次后，其透气率变化明显，而后逐渐趋于平缓；洗涤30次后，织物的透气性有增大的趋势。焙烘后织物的透气性均比焙烘前有所增加。
　　通常棉、麻、羊毛等天然纤维和蛋白质纤维织物的透湿性好于尼龙、涤纶等合成纤维织物。透湿性，一般用g/m2•24h表示，比如说某种材料的标准是10000g/m2•24h，这意味着你的布料每平方米在一天内可以透出10000g的水分。根据人们从事各种活动情况下，材料应有的透湿能力，可以提出一个透湿能力最低值2500g/m2•24h。
　　（青岛纺联集团有限公司研发中心 修玉飞）