王一芳 中國紡織科學研究院
1 引言
隨著人們生活水平的提高、環保和健康意識的增強，人們對環保、無公害產品的追求愈來愈強烈，特別是在服裝、家紡、旅游、運輸等行業，對紡織特種材料的要求也越來越高。
傳統的帳篷、旅游氣墊、保健枕墊、吹氣產品，多以紡織品為基材，涂覆橡膠或聚氯乙烯制成，但這兩類材料的缺點較多。例如: 橡膠雖然具有一定的柔軟性和彈性，但不具有加工的熱可塑性，并且耐老化性也不好;而聚氯乙烯產品雖然應用較廣泛，但在應用過程中遇低溫時易脆化，在長期使
用過程中會發生增塑劑遷移，并且在加工過程中容易混入重金屬等毒性物質，對周圍環境造成污染。歐美發達國家已紛紛制定相關的環保標準，對于后一類材料的生產與使用加以限制，而且要求也越來越嚴格。因此，研究和開發環保無毒的功能性紡織品符合這一趨勢的需要。
TPU(即熱塑性聚氨酯)以其優良的物理、化學性能，以及優良的環保性能，結束了橡膠和聚氯乙烯在紡織品涂覆領域長期占主導地位的歷史，在該領域內異軍突起，并很快被國內外消費者所接受，現已發展起來。近年來，中國紡織科學研究院控股公司——中紡新材料科技有限公司引進國際上最先進的TPU擠出涂覆設備，對TPU薄膜的擠出復合工藝進行了廣泛而深入地研究，已成功地開發出了TPU系列紡織品，并被大量應用于服裝、醫藥、軍工、運動休閑等方面。
2 TPU的特性
與其它熱塑性彈性體相類似，TPU的分子結構決定了其性質。由于TPU分子中含有軟鏈和硬鏈，使得TPU既具有柔性、又具有剛性。在加工過程中，其硬鏈軟化，使得TPU可以被塑造成任何形狀;而在冷卻過程中，又能恢復其原有的剛性。
TPU的大部分硬鏈是由異氰酸酯類化合物組成的;而軟鏈則是由各類羥基化合物組成的，范圍比較廣。因此，TPU的主要區別就在于軟鏈的不同:是聚酯類，還是聚醚類?其中:聚醚類TPU具有很好的耐水解性和耐微生物侵蝕性，根據我們的
由于軟鏈組成上的差異，對TPU物理性能的影響比較如下:
（1）抗拉強度 聚酯類＞聚醚類
（2）抗撕裂強度 聚酯類＞聚醚類
（3）耐磨損性 聚酯類＞聚醚類
（4）耐藥性 聚酯類＞聚醚類
（5）抗菌性 聚酯類＞聚醚類
（6）密度 聚酯類＜聚醚類
（7）低溫彈性 聚酯類＜聚醚類
（8）耐水性 聚酯類＜聚醚類
（9）耐老化性 聚酯類＞聚醚類
（10）耐油性 聚酯類＞聚醚類
此外，有些品種的TPU分子上帶有大量的親水基團，因而具有極強的親水性。用這類TPU制成的薄膜，不但具有很好的耐水性，而且還具有良好的透汽能力。
影響TPU性質的第三個因素是分子鏈的大小和長短。前者決定著分子量的大小，而后者則影響到聚合物的軟硬。
綜合來看，TPU具有以下特性:
①耐磨性優;②韌性高，強度大，抗拉性佳;③重復疲勞性優;④耐油性好;⑤彈性佳;⑥耐寒性高;⑦無須添加可塑劑;⑧無毒性，符合環保要求;⑨適合高周波焊縫熱壓。
表1是我們將市場上某一牌號的TPU與橡膠彈性體所做的比較。
表l TPU與橡膠彈性體的材料性能比較
| TPU薄膜 | PVC | LDPE | 天然橡膠 | 氯丁橡膠 | |
| 硬度 | 70-97A | 40-90 A | 90-95A | 30-95A | 40-95A |
| 比重 | 1.1-1.3 | 1.3-1.4 | 0.9-1.0 | 0.9-1.5 | 1.2 |
| 斷裂延伸率(%) | 400-600 | 200-400 | 200-600 | 100-800 | 100-700 |
| 抗拉強度PSI(000) | 4-10 | 1-3 | 1-2 | 1-4 | l-3 |
| 耐低溫性 | 優 | 較差 | 良 | 優 | 良 |
| 耐摩擦性 | 優 | 一般 | 差 | 良 | 良 |
| 抗撕裂性 | 優 | 一般 | 差 | 良 | 良 |
| 耐油性 | 良 | 較好 | 一般 | 差 | 較好 |
| 耐臭氧性 | 優 | 優 | 優 | 差 | 良 |
| 耐水性 | 優 | 良 | 優 | 良 | 良 |
| 可熱封性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
| 可熱合性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
| 可溶劑粘合性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 | 可超聲波焊縫性 | 可 | 可 | 可 | 否 | 否 |
3 TPU的加工特點、
3.1加工工藝
TPU的主要加工工藝有擠出和注塑兩種。擠出工藝經常被應用在紡織品的后加工上，通常是將TPU顆粒經擠出、流延成膜；或者擠出吹膜后，將得到的、各種厚度的薄膜復合到不同的紡織品上，從而得到具有防水透濕功能的織物或者是氣密性織物。
中紡新材料科技有限公司引進的TPU擠出涂覆生產線，在紡織品的加工生產過程中更具有先進性:
首先，它克服了傳統涂層加工過程中需大量使用溶劑的缺點，大大減少了對環境的污染，降低了生產成本，減輕了對人身健康的威脅。在整個TPU的擠出涂覆過程中，不使用任何溶劑，而是直接將TPU顆粒料投入生產線，經螺桿熔融擠壓、由模口擠出成膜后與紡織品層壓復合。
其次，一般TPU復合產品的加工，是先將TPU制成薄膜，再到復合工廠將薄膜與紡織品復合，需兩道工序。而這條生產線將"擠出成膜"與"復合加工"合二為一，減少了加工工序和流通環節，提高了生產效率。
3.2 TPU在選擇和加工過程中應注意的問題
3.2.1粒料的選擇
由于TPU的種類繁多，其性能指標的差異也頗大，所適合的加工方法就不盡相同，在選擇時首先應注意硬度和熔融流動指數這兩個參數。一般來講，某一擠出機對這兩個參數有著特定范圍的要求，擠出機不同時，要求也并不一樣，因此許多廠商在產品規格中詳細地列明了這兩個參數數值。
另外，對其它參數的選擇，如耐磨性、抗水解性、耐低溫性、抗紫外線性、抗微生物侵蝕性等，也應根據對產品的不同要求而給以足夠重視。
3.2.2 粒料的干燥
由于TPU具有較強的吸濕性，一般含水量為0.3%
3.3 TPU擠出流延工藝的要點
(1)成型溫度。流延薄膜的擠出成型溫度主要取決于所用的原料。一般說來，擠出溫度應比吹膜工藝高10-50℃。
(2)模頭溫度。模頭溫度的波動將直接影響薄膜質量。為此，首先應設定合適的溫度，另外還要保證模頭的整個寬度方向加熱均勻，使物料的流動性一致。
(3)模口間隙和氣隙。模口間隙和氣隙(模口到冷卻輥、壓力輥接觸線之間的距離)都是控制薄膜厚度以及均勻性的重要因素，一般應根據薄膜的厚度設定相應的模口間隙。在生產過程中，如果出現薄膜厚度不均勻的現象，可利用機頭模口上的壓緊螺釘對模口間隙做出微凋。通常情況下，模口間隙一經確定就不再改動，因為還可以通過調整螺桿轉速(即擠出量與車速的比率)來調整薄膜的厚度。
氣隙要控制在最小程度，原因在于TPU從模口擠出時呈熔融狀態，若氣隙過大，會使TPU受到外界因素的影響而產生波動，導致薄膜質量發生變化。在擠出涂覆工藝中，若氣隙大，薄膜的熱損失就大，在貼合接觸點薄膜溫度就低，涂覆牢度就差。一般來講，氣隙以控制在50-l0mm之間為宜。
(4)冷卻成型條件。在冷卻成型過程中，其關鍵是使熔融TPU與冷卻輥表面緊密貼合，貼輥效果對薄膜的外觀和物理性能有著直接影響。
冷卻輥轉速的穩定，也是保證薄膜厚度均勻的重要條件之一。冷卻輥的作用，是使從模頭擠出的薄膜達到均勻地冷卻，在螺桿轉速已確定時，薄膜厚度也隨冷卻輥牽引速度的改變而改變。因此，冷卻輥的轉速一定要保持穩定。
4 TPU擠出涂覆中遇到的問題和解決方法
4.1粘結不良
(1)由于樹脂表面氧化不充分而導致的粘結不良，可通過提高樹脂溫度或者降低收卷速
(2)當樹脂與基布貼合時的溫度過低時，可提高薄膜的擠出溫度，降低氣隙，對基布進行預熱，同時注意模口位置不要靠近冷卻輥一側。
(3)當壓輥壓力不足時，應適當提高壓輥的壓力。
4.2 薄膜厚薄不均勻、紋理不良
(1)模口間隙不均勻。應定期用塞尺對模口間隙進行檢查并及時加以調整，便之保持均勻。
(2)模口上有異物附著，通常都是一些碳化物。在高溫加工過程中，模口部位的樹脂容易發生降解碳化，附著在模口上，要定期進行清理。
(3)壓輥壓力不均勻。應及時檢查、調整，保證壓力均勻。
4.3 凝膠化及魚眼紋
(1)樹脂溫度不恰當。應調整到適當溫度。
(2)在顆粒料中混進了其它種類或不同密度、不同MFI的樹脂。不要將不同種類的樹脂混到原料中去。
(3)更換樹脂時的沖洗工作不充分。每次更換時，應進行充分沖洗。
4.4 復合材料皺折
主要原因是基布位置歪斜。應使用糾偏系統，及時調整基布位置。
5 應用舉例
TPU涂覆產品的應用范圍非常廣泛，人們已逐漸將其深人到家用、裝飾、醫療、環保、農業、建筑、地質、交通、工具、包裝、休閑、防護工業等多方領域，并受到化學工業、汽車工業、機械工業、紡織服飾、技術衣著等行業的高度重視。現已開發的產品用途主要有:
(1)鞋類: 運動鞋、登山鞋、雪地鞋等的面里料。
(2)成衣類: 風雨衣、防寒服、野戰服等的面里料。
(3)醫療類: 手術衣、帽、鞋，醫用床墊、冰袋、氧氣袋、按摩氣床等的面里料。
(4)國防用品: 防化服、野戰帳篷、備戰水袋、救生衣、沖氣艇、氣枕、氣墊等的面里料。
(5)運動休閑用品: 充氣床、潛水衣、充氣泡棉墊、戶外自動充氣床墊等的面里料。
(6)家紡用品: 床單、桌巾、浴簾、圍裙等的面里料。<
目前，國內市場上的TPU復合產品主要有以下兩大系列:
5.1 防水透濕系列
在各種不同底布上涂覆20-25μm的TPU薄膜，水壓大于lOm，透濕量為1500-4000)g/m2·24h，能提供較佳的排汗、防風、防水效果，保持人體的干爽舒適，可做成三明治產品。主要用于風雨衣、登山服、釣魚裝、防寒服、抗菌服、桌布、帳篷、鞋帽等方面。
5.2 充氣系列
在各類高強度滌綸或尼龍布上涂覆厚薄均勻的TPU薄膜，具有良好的氣密性和焊接性能，熱合牢度可達到200 N/2.5cm以上。主要用于生產各種水床、水袋、氣枕、氣墊、救生衣以及廣告充氣產品。
6 結束語
TPU薄膜是一種抗張強度高、柔軟特性好的彈性體膠膜，其貼合性極佳，還耐磨、耐低溫、不龜裂、不易從基布表面脫落，并具有防水、透氣、透濕等特性; 此外，更有可分解性，符合環保要求，埋于土壤中5-10年之后，就可以被水解為無毒性物質。因該類產品適應世界環保潮流，可以取代PVC，其用途廣泛，尤其在紡織物的貼合加工方面，所以己被歐美許多國家大量使用。
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