聚氨酯聚偏氟乙烯共混膜的制備及應(yīng)用

聚氨酯聚偏氟乙烯共混膜的制備及應(yīng)用

防水面料不僅符合防水要求，而且具有良好的滲透性。氨基（pm）是一種重要的膜材料之一，主要用于人造革、纖維（尤其是彈性纖維）、粘合劑、涂料等。單組分聚氨酯濕氣固化膠利用聚合物中游離活性基團(tuán)(—NCO)與大氣中的水氣或黏接基材中的活潑氫原子發(fā)生反應(yīng),從而達(dá)到黏接目的1實(shí)驗(yàn)部分1.1材料、試劑與儀器熱塑性聚氨酯,透明固體顆粒狀;聚偏氟乙烯,白色固體細(xì)粉末狀;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮,均為分析純(南通默克化學(xué)試劑有限公司);單組分濕固化聚氨酯噴涂膠(安宇新材料有限公司,黏度為130Pa·s);滌綸平紋織物(經(jīng)、緯密分別為300和440根/10cm;厚度為0.10mm;面密度為53.56g/cm1.2混質(zhì)量比的確定以DMF和丙酮混合溶劑制備PU和PVDF共混紡絲溶液,DMF與丙酮體積比為4/6、紡絲溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,PU與PVDF共混質(zhì)量比分別為1/9、3/7、5/5、7/3、9/1。加熱至80℃下攪拌至充分溶解。以乙酸乙酯為溶劑配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(25%~40%)的聚氨酯濕氣固化膠溶液,分別采用靜電紡絲和涂膠技術(shù)均勻噴、涂到與之具有很好黏結(jié)牢度的滌綸織物上(4min),最后用靜電紡將較優(yōu)膜隨即噴到未干的膠黏劑上,通過改變紡絲時(shí)間(20~50min),研究厚度對(duì)膜各項(xiàng)性能的影響。1.3纖維接收和紡絲可調(diào)電壓為0~50kV,注射器針頭內(nèi)徑為0.5mm,接收距離為10cm,紡絲電壓為14kV,紡絲液流量為1mL/h,以輥筒接收納米纖維。1.4測試測試1.4.1米纖維形貌的表征用KYKY-2800型掃描電子顯微鏡對(duì)納米纖維形貌進(jìn)行表征,噴金處理后觀察。納米纖維平均直徑由圖片分析軟件KYKYSem-ImageProcessing計(jì)算得出。1.4.2聚氨酯膜自然干性體的測定采用JC2000c接觸角測量儀在室溫條件下測量,將不同比例的聚氨酯膜自然風(fēng)干后裁成4cm×1cm尺寸的長條,每個(gè)樣品分別測量5個(gè)不同的位置,讀數(shù)時(shí)間統(tǒng)一為水滴落在膜上2s,取其平均值。1.4.3抗?jié)B水性測試耐靜水壓采用WP-1000K滲水性測定儀,參照GB/T4744—1997《紡織織物抗?jié)B水性測定靜水壓試驗(yàn)》進(jìn)行測定,單位為kPa。1.4.4抗?jié)裥阅軠y試抗?jié)裥圆捎肶(B)813織物沾水度測定儀,參照GB/T4745—1997《紡織織物表面抗?jié)裥詼y定沾水試驗(yàn)》進(jìn)行測定。把試樣安裝在卡環(huán)上并與水平成45°角放置,試樣中心位于噴嘴下面規(guī)定的距離,用規(guī)定體積的蒸餾水或去離子水噴淋試樣。通過試樣外觀與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及圖片的比較,來確定其沾水等級(jí)。1.4.5織物厚度的測定根據(jù)GB/T3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》,選用YG(B)141D型織物厚度儀測量織物的厚度。將被測織物在不受張力的情況下放置在基準(zhǔn)板上進(jìn)行測量,測試時(shí)選取任意不同的10個(gè)位置,然后取其平均值即為該膜的厚度。1.4.6透氣性能測試根據(jù)GB/T5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》,選用YG(B)461E型數(shù)字式織物透氣性能測定儀測量織物的透氣性,織物兩側(cè)壓差為100Pa,測試面積為20cm1.4.7拉伸速率的測定采用YG065型電子織物強(qiáng)力儀,參照GB13022—1991《塑料-薄膜拉伸性能試驗(yàn)方法》對(duì)膜進(jìn)行拉伸性能測試,膜厚度為0.033~0.098mm,規(guī)格為25mm×200mm,隔距為100mm,拉伸速率為50mm/min;參照GB/T3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能》對(duì)所制得的防水透氣織物進(jìn)行力學(xué)性能測試,織物厚度為0.133~0.198mm,規(guī)格為50mm×350mm,隔距為200mm,拉伸速率為100mm/min。采用YG065型電子織物強(qiáng)力儀,參照GB/T8808—1988《軟質(zhì)復(fù)合塑料材料剝離試驗(yàn)方法》對(duì)膜剝離強(qiáng)力進(jìn)行測試,規(guī)格為15mm×200mm,拉伸速率為(300±50)mm/min。2結(jié)果分析2.1pu/pvdf納米纖維膜接觸角共混制膜的首要問題是共混物的相容性。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在DMF/丙酮混合溶劑中,不同共混質(zhì)量比的PU/PVDF均有較好的相容性,溶液均為不透明體系。圖1示出不同共混質(zhì)量比對(duì)應(yīng)的聚氨酯/聚偏氟乙烯納米纖維膜電鏡照片。此時(shí)紡絲液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,DMF與丙酮溶劑配比為4/6。溶質(zhì)共混質(zhì)量比與纖維直徑的關(guān)系如圖2所示。制得的納米纖維直徑隨溶質(zhì)共混比的不同分布在568~1820nm之間。結(jié)合圖1和圖2可看出,當(dāng)PU與PVDF共混質(zhì)量比為7/3時(shí),纖維粗細(xì)較均勻且直徑較小。圖3示出不同溶質(zhì)共混質(zhì)量比對(duì)應(yīng)的膜的接觸角。根據(jù)Laplace方程從原理上進(jìn)行分析,織物的防水性能主要由織物的表面結(jié)構(gòu)和微孔半徑?jīng)Q定。微孔半徑r越小,接觸角θ越大,織物的防水性能越好表1示出PU/PVDF納米纖維膜不同共混比對(duì)應(yīng)的透氣性、耐靜水壓、拉伸斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率值。可看出,在紡絲時(shí)間相同的情況下,PU所占比例越高,膜越薄(9/1時(shí)特薄),透氣性越好,耐靜水壓值越小,斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率都先增大后減小。這是因?yàn)槟ぴ奖?透氣率越大,其透氣性也就越好,且由于材料中的纖維是雜亂無序地排列,膜越薄,垂直方向上阻隔氣體穿透材料的纖維越少,并且氣體穿透材料的垂直路徑也會(huì)越短,越易于透氣。此外,膜厚度降低,濕阻越小2.2透氣性能測試圖4示出噴、涂膠后滌綸織物與普通滌綸織物的表面微觀形貌。從圖中可看出,涂膠后,滌綸織物紗線間的空隙幾乎全被覆蓋住,如圖4(c)所示,相比之下,噴膠后,膠黏劑在滌綸織物表面分布較均勻,且沒有過多堵塞滌綸布紗線間空隙,如圖4(b)所示,因此,噴膠后滌綸織物的透氣性與普通滌綸織物的透氣性應(yīng)該相差不大,但要比涂膠后的透氣性好的多。噴、涂膠后滌綸織物和普通滌綸織物的透氣性分別為301.38、155.07、317.31mm/s。透氣性能測試結(jié)果與上述分析相一致,所以,本文實(shí)驗(yàn)選取靜電紡噴膠技術(shù)上膠。利用靜電紡絲分別將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠黏劑噴到面積相同的滌綸織物2min,測其透氣性,結(jié)果見表2(未噴膠的滌綸織物透氣性為317.31mm/s)?？煽闯?各質(zhì)量分?jǐn)?shù)下透氣性相差不大,由于25%時(shí)的膠黏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低,噴時(shí)液滴較大,應(yīng)舍棄。另外,將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、35%、40%的膠黏劑分別噴到面積相同的滌綸織物上2min,隨即噴相同時(shí)間的PU膜,表3示出不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)聚氨酯濕氣固化膠的剝離強(qiáng)力。從表中可看出,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的膠黏劑剝離狀態(tài)最佳,黏度最好,因此選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的聚氨酯膠黏劑。2.3耐靜水壓測試結(jié)果表4示出聚氨酯/聚偏氟乙烯納米纖維膜與其復(fù)合織物的耐靜水壓及抗?jié)裥阅?。普通滌綸織物平均厚度為0.10mm,耐靜水壓測試結(jié)果為瞬間浸透。從表可看出,紡絲時(shí)間越長,膜的耐靜水壓值越大,但對(duì)抗?jié)裥詿o影響。這是因?yàn)?隨著紡絲時(shí)間的增加,膜面密度和厚度增大此外,復(fù)合織物的耐靜水壓能力降低,測試時(shí),水易從邊緣滲出,不易測出。這是因?yàn)榫郯滨駳夤袒z太薄,膠黏劑在滌綸織物表面不易連續(xù)成膜,在水壓力作用下防水膜易與滌綸基布脫開,從而使織物的耐水壓能力降低2.4紡絲時(shí)間對(duì)滌綸原螯絲穩(wěn)定性的影響PU/PVDF納米纖維膜及其復(fù)合織物的透氣性能如圖5所示。圖中示出,2種材料的透氣性都是隨紡絲時(shí)間的增加而減小,這可由上述分析所得。從圖中還可看出,相同條件下,復(fù)合織物的透氣性要比膜的透氣性稍差,其原因在于普通滌綸織物的透氣性為317.30mm/s,因?yàn)闇炀]機(jī)織物經(jīng)緯紗交織后紗線間存在的孔隙較大,而PU/PVDF納米纖維膜的微孔直徑較小,僅有微米級(jí)2.5拉伸斷裂性能圖6~9分別示出PU/PVDF納米纖維膜與其復(fù)合織物斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率。由于共混膜的主要成分為聚氨酯,具有很好的彈性,因此具有較好的斷裂伸長率。圖6、8顯示,隨著紡絲時(shí)間的增加,其橫、縱向斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率也增加。這是因?yàn)榧徑z時(shí)間增加,纖維膜越厚,厚薄不勻的現(xiàn)象越不明顯圖7、9分別示出相關(guān)復(fù)合織物的橫、縱向斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。普通滌綸織物橫、縱向斷裂強(qiáng)力分別為312.00、477.75N,橫、縱向斷裂伸長率分別為22.09%、21.66%,與圖6相比,拉伸斷裂強(qiáng)力遠(yuǎn)大于PU/PVDF納米纖維膜的拉伸斷裂強(qiáng)力,但斷裂伸長率遠(yuǎn)比PU/PVDF納米纖維膜的斷裂伸長率要小。圖中顯示,復(fù)合織物的拉伸斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長率值都隨著紡絲時(shí)間的增加而增大。這是因?yàn)榧徑z時(shí)間越長,膜越厚,均勻性越好,且纖維網(wǎng)的層數(shù)增加,纖維間的纏結(jié)增多。其縱向斷裂強(qiáng)力值大于橫向值,這是因?yàn)榕c圖6相比,纖維膜的斷裂強(qiáng)力值遠(yuǎn)小于普通滌綸機(jī)織物的斷裂強(qiáng)力值,所以膜的復(fù)合對(duì)滌綸布的斷裂強(qiáng)力影響不大,又因?yàn)闇炀]織物的縱向斷裂強(qiáng)力值大于橫向值,所以復(fù)合織物的縱向斷裂強(qiáng)力值大于橫向值。另外,復(fù)合織物的橫向斷裂伸長率比縱向大,其主要原因在于普通滌綸織物的橫向斷裂伸長率大于縱向斷裂伸長率,而纖維膜的復(fù)合對(duì)其影響不大,因此,復(fù)合織物的橫向斷裂伸長率比縱向大。3pu/pvdf納米纖維復(fù)合織物的性能1)聚氨酯與聚偏氟乙烯納米纖