游牧用帳篷篷布防水性能研究

    我國(guó)是一個(gè)草原大國(guó)，草原面積居世界第二位。牧區(qū)是我國(guó)少數(shù)民族主要聚居區(qū)，有蒙古族、藏族、維吾爾族、回族、滿族、朝鮮族、哈薩克族、柯?tīng)柨俗宓?0個(gè)少數(shù)民族，總?cè)丝跒?052萬(wàn)[1]。

    自古以來(lái)，廣大牧民群眾“逐水草而居”，帳篷是牧民最常見(jiàn)的住宅。由于帳篷在使用過(guò)程中，一般情況下是處于野地露營(yíng)狀態(tài)，需承受日曬雨淋，而篷布是帳篷的主體部分，所以，如何提高牧區(qū)帳篷篷布的防水性能和降低篷布的成本顯得尤為重要[2]。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)游牧用帳篷的研究幾近空白，對(duì)游牧用帳篷篷布的防水性能研究也未見(jiàn)報(bào)道。

    帳篷篷布發(fā)展到今天，主要是通過(guò)采用涂層技術(shù)來(lái)達(dá)到防水效果，主要是在織物表面均勻地涂上一層能形成薄膜的高分子化合物，由于它既能賦予織物各種功能，又能賦予織物以獨(dú)特的風(fēng)格手感和外觀，且能大大地提高產(chǎn)品的附加值，其效果是一般印染整理所難以達(dá)到的。目前篷用織物已是產(chǎn)業(yè)用涂層織物中消耗量最大的品種。涂層劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類(lèi)主要有：聚丙烯酸酯類(lèi)(PA)、聚氨酯類(lèi)(PU)、聚氯乙烯類(lèi)(PVC)、有機(jī)硅類(lèi)、合成橡膠類(lèi)，還有含氟類(lèi)、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和蛋白質(zhì)類(lèi)[3-4]。表一為各種常用的四種涂層劑性能的比較。

    表1常用涂層劑性能比較 

    聚四氟乙烯是唯一集防水、拒油、防污三種功能于一體的樹(shù)脂，它耐熱、耐

    氧化、耐氣候性好，不霉變，彈性好，無(wú)粘搭現(xiàn)象，是一種理想的涂層劑，但價(jià)

    格非常高，這限制了它的使用。為了使帳篷篷布具有良好的防水性能，本文擬采用不同整理工藝，含氟拒水整理劑對(duì)篷用織物進(jìn)行整理，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，為研究出防水性能優(yōu)異、成本合理的游牧用帳篷篷布提供依據(jù)。 

2 實(shí)驗(yàn)部分

    2.1實(shí)驗(yàn)材料

    整理劑：含氟拒水整理劑；交聯(lián)劑：三聚氰胺和乙二醛，實(shí)驗(yàn)中交聯(lián)劑的作用是與含氟拒水整理劑反應(yīng)，在纖維表面形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使拒水劑的脫落受阻，提高織物的整理效果與耐水洗性。

    催化劑：冰醋酸，分析純。

    2.2試驗(yàn)步驟

    拒水功能整理（除油漂白→染色→烘布→浸軋樹(shù)脂→烘干→浸軋→焙洪定型→冷卻→出布→成卷）→樣品測(cè)試。

    2.3實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)試方法

    2.3.1實(shí)驗(yàn)儀器

    5101-3E電熱鼓風(fēng)干燥箱；MP502B型電子天平；55YH不銹鋼恒溫水浴鍋；YG812N型織物滲水性測(cè)試儀；燒杯；量筒。

    2.3.2測(cè)試方法

    （1）耐靜水壓測(cè)試

    試樣夾頭面積：l00cm2，水壓上升速率：l000Pa/min~20000Pa/min數(shù)字設(shè)定。

    測(cè)試前的準(zhǔn)備工作：在做增壓、定壓計(jì)時(shí)、定壓定時(shí)、撓曲松弛實(shí)驗(yàn)前，測(cè)

    試前需將下夾頭里加滿水后，夾好試樣，按←鍵，進(jìn)入校正狀態(tài)清零。

    本儀器工作模式有5種分別是：1)增壓法；2)定壓計(jì)時(shí)；3)定壓定時(shí)法；4)撓曲松弛法；5)滲水漏水法(恒速)。本實(shí)驗(yàn)采用增壓法：測(cè)試準(zhǔn)備好后，進(jìn)入設(shè)定中方法選擇項(xiàng)，設(shè)定好上升速率。按啟動(dòng)鍵開(kāi)始測(cè)試，當(dāng)試樣上面出現(xiàn)第三滴水珠時(shí)按停止鍵，儀器自動(dòng)保存測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試完畢，活塞自動(dòng)回位。  

 3 結(jié)果與討論

    影響有機(jī)氟整理織物防水性能的因素很多，如紗線性質(zhì)、粗細(xì)、織物密度、緊度、厚度、坯布前處理工藝、整理劑、助劑性能、用量、酸堿度、軋余率、加工流程、溫度、時(shí)間等等。本項(xiàng)目研究人員在參閱大量國(guó)內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)針對(duì)織物緊度、坯布前處理工藝、整理劑、酸堿度、助劑配方、浸軋流程、軋余率等七大因素開(kāi)展了系列工藝試驗(yàn)，并對(duì)拒水原因進(jìn)行了測(cè)試分析。

    3.1織物緊度對(duì)防水性能的影響

    織物的緊密度是防水的基礎(chǔ)，松弛的結(jié)構(gòu)顯然難以做到有效的防水。對(duì)3種普通T/3×3坯布和特制的T/3×3坯布（4#樣品）統(tǒng)一用普通有機(jī)氟整理工藝進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

    表2織物緊度與靜水壓測(cè)試結(jié)果 

    由表2可以看出，織物緊度與防水性能關(guān)系顯著，緊度越高，防水性能越好。但在實(shí)際生產(chǎn)中，受設(shè)備條件的限制，不可能將織造緊度無(wú)限制提高。我們專門(mén)試織的4#樣品緊度已經(jīng)接近設(shè)備極限，但靜水壓指標(biāo)距牧區(qū)新型帳篷面料標(biāo)準(zhǔn)仍然有相當(dāng)大的距離，不過(guò)與市銷(xiāo)有機(jī)氟防水布指標(biāo)（以3.45kPa計(jì)，下同）相比，有了18.8%的提高。  

    3.2坯布前處理工藝對(duì)防水性能的影響

    盡管牧區(qū)新型帳篷采用白色面料，可以省略染色過(guò)程，但由于生坯上難以避免的油漬、污漬，除油、漂白工藝是無(wú)法省略的。在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，同樣規(guī)格的坯布做防水整理，染色布防水效果普遍好于漂白布。因此，采用特制T/3×3坯布（以后試驗(yàn)均采用此坯布，不再?gòu)?fù)述），確定了3套工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)，分別為：

    1#方案：普通95℃雙氧水漂白＋有機(jī)氟整理；

    2#方案：130℃高溫染色＋有機(jī)氟整理；

    3#方案：130℃高溫漂白＋有機(jī)氟整理。

    試驗(yàn)結(jié)果為：1#方案樣品，靜水壓4.1kPa；2#方案樣品，靜水壓4.54kPa；3#方案靜水壓4.43kPa。

    可以看出，3#方案靜水壓指標(biāo)比1#方案提高了8%。分析其原因，估計(jì)是坯布在高溫水浴作用下，纖維產(chǎn)生了重新分布，結(jié)構(gòu)變得更為緊密、均勻，從而提高了防水效果。

   3.3有機(jī)氟整理劑對(duì)防水性能的影響

    采用不同品種的有機(jī)氟整理劑處理織物，防水指標(biāo)的差異是很大的。本次研究先后共采購(gòu)了產(chǎn)自國(guó)內(nèi)外5批不同廠家型號(hào)的有機(jī)氟（廣州聯(lián)莊有）進(jìn)行比較試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

    需要說(shuō)明的是，1#、2#、3#為國(guó)產(chǎn)有機(jī)氟整理劑，4#、5#為進(jìn)口有機(jī)氟。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)口整理效果明顯好于國(guó)產(chǎn)，但用普通工藝仍然達(dá)不到牧區(qū)新型帳篷面料標(biāo)準(zhǔn)要求。因此篩選出4#繼續(xù)進(jìn)行下一步試驗(yàn)。  

    3.4有機(jī)氟整理液酸堿度與靜水壓的關(guān)系

    在其他條件不變的情況下，我們配制出不同酸堿度的有機(jī)氟整理液進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

    據(jù)資料介紹，有機(jī)氟分子構(gòu)成一般由4部分組成：氟碳鏈節(jié)、緩沖鏈節(jié)、高分子鏈節(jié)、其它的改性基團(tuán)。氟碳鍵的強(qiáng)極性會(huì)降低整個(gè)分子的穩(wěn)定性，通過(guò)緩沖鏈節(jié)與主鏈相連來(lái)提高單體的穩(wěn)定性。在酸性條件下，對(duì)第二個(gè)組成部分造成影響，使其緩沖鏈節(jié)穩(wěn)定。如果在堿性條件下或酸性不是很強(qiáng)的情況下，就會(huì)破壞其緩沖鏈節(jié)，單體不穩(wěn)定，防水效果就會(huì)變差。圖2的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這一理論：pH值越高，靜水壓指標(biāo)越低；pH值越低，靜水壓指標(biāo)越高；隨著PH值不斷降低，靜水壓指標(biāo)提升趨緩。  

 3.5有機(jī)氟整理液配方研究

    通過(guò)采取以上諸多措施，靜水壓指標(biāo)提升至5.41kPa，比普通有機(jī)氟防水布提高了56.8%，但單一措施對(duì)防水指標(biāo)的影響均有限，因此嘗試重點(diǎn)對(duì)有機(jī)氟整理液配方進(jìn)行攻關(guān)，以期在防水指標(biāo)上有所突破。

    首先，以上述4#、硬挺劑、抗靜電劑、弱酸作為基本配方，分別加入A、B、C、D、E五種不同型號(hào)樹(shù)脂進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

    表3不同樹(shù)脂整理織物的靜水壓值

  

    由上表可知，加入A、B、C型樹(shù)脂不僅未改善織物防水性能，反而使其變差；加入D型樹(shù)脂對(duì)防水指標(biāo)影響不大；加入E型樹(shù)脂使靜水壓指標(biāo)提高了6.5%。于是，單獨(dú)針對(duì)E型樹(shù)脂制訂了下列4套方案進(jìn)一步試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

    1#方案：基本配方＋E型樹(shù)脂＋交聯(lián)劑A；

    2#方案：基本配方＋E型樹(shù)脂＋交聯(lián)劑A＋催化劑；

    3#方案：基本配方＋E型樹(shù)脂＋交聯(lián)劑B；

    4#方案：基本配方＋E型樹(shù)脂＋交聯(lián)劑B＋催化劑。

    表4交聯(lián)劑、催化劑對(duì)防水性能的影響

    由表4可知，交聯(lián)劑A對(duì)防水性能的影響不顯著（加不加催化劑都一樣），交聯(lián)劑B可略微改善防水性能，而加入催化劑后，防水指標(biāo)顯著提高。在此基礎(chǔ)上又調(diào)整了配方比例，靜水壓指標(biāo)基本可穩(wěn)定在6.1kPa左右，已經(jīng)超過(guò)了牧區(qū)新型帳篷面料標(biāo)準(zhǔn)要求。  

    3.6 軋余率、浸軋流程對(duì)防水指標(biāo)的影響

    考慮到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有一定波動(dòng)，決定進(jìn)一步尋找提高織物防水性能的途徑。在浸軋工藝流程方面，可分為一步法和兩步法。所謂一步法即為有機(jī)氟整理劑、樹(shù)脂、硬挺劑等助劑同浴浸軋、烘干，企業(yè)常用的即為這種方法；兩步法即為整理劑、助劑分別按先后次序浸軋、烘干。為探索這兩種工藝對(duì)織物防水性能的影響，依據(jù)上述4#方案配方制定了兩步法工藝：

    第一步：樹(shù)脂＋交聯(lián)劑＋催化劑＋硬挺劑，浸軋烘干；

    第二步：＋抗靜電劑＋弱酸，浸軋烘干，焙烘。

    一步法樣品靜水壓僅為5.95kPa，而兩步法樣品靜水壓達(dá)到6.49kPa。可以看出，采用兩步法工藝能明顯提高織物防水性能。因?yàn)檫@一工藝能使有機(jī)氟整理劑分子基團(tuán)更完整地包覆于織物纖維表面，從而提高了織物防水效果。

    關(guān)于軋余率——這一以往不被重視的工藝參數(shù)，我們也進(jìn)行了一些探索。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

    由圖3可以看出，軋余率越高，靜水壓指標(biāo)越好，而且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。分析原因?yàn)椋涸诟哕堄嗦蕳l件下，更有利于有機(jī)氟整理劑、樹(shù)脂、助劑在織物纖維表面均勻分布、充分反應(yīng)，從而提高了防水性能。不過(guò)考慮到耗能的問(wèn)題，本文沒(méi)有用更高的軋余率進(jìn)行試驗(yàn)。  

    4結(jié)論

    通過(guò)以上系列工藝措施，可以得出以下提高有機(jī)氟防水布防水效果的結(jié)論：

    1）高密織物是防水性能提高的基礎(chǔ)，必須采用較高的經(jīng)緯向緊度；

    2）高溫漂白工藝比普通漂白工藝效果更佳；

    3）進(jìn)口效果好于國(guó)產(chǎn)，建議選用；

    4）較低的有機(jī)氟整理液pH值可使防水指標(biāo)提高；

    5）整理液配方是提高防水性能的關(guān)鍵，宜反復(fù)試驗(yàn)篩選出最佳方案；

    6）采用兩步法工藝、較高的軋余率，能有效提高防水性能。