聚氨酯聚偏氟乙烯共混膜的制备及应用

聚氨酯聚偏氟乙烯共混膜的制备及应用

防水面料不仅符合防水要求，而且具有良好的渗透性。氨基（pm）是一种重要的膜材料之一，主要用于人造革、纤维（尤其是弹性纤维）、粘合剂、涂料等。单组分聚氨酯湿气固化胶利用聚合物中游离活性基团(—NCO)与大气中的水气或黏接基材中的活泼氢原子发生反应,从而达到黏接目的1实验部分1.1材料、试剂与仪器热塑性聚氨酯,透明固体颗粒状;聚偏氟乙烯,白色固体细粉末状;N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮,均为分析纯(南通默克化学试剂有限公司);单组分湿固化聚氨酯喷涂胶(安宇新材料有限公司,黏度为130Pa·s);涤纶平纹织物(经、纬密分别为300和440根/10cm;厚度为0.10mm;面密度为53.56g/cm1.2混质量比的确定以DMF和丙酮混合溶剂制备PU和PVDF共混纺丝溶液,DMF与丙酮体积比为4/6、纺丝溶液质量分数为12%,PU与PVDF共混质量比分别为1/9、3/7、5/5、7/3、9/1。加热至80℃下搅拌至充分溶解。以乙酸乙酯为溶剂配制不同质量分数(25%~40%)的聚氨酯湿气固化胶溶液,分别采用静电纺丝和涂胶技术均匀喷、涂到与之具有很好黏结牢度的涤纶织物上(4min),最后用静电纺将较优膜随即喷到未干的胶黏剂上,通过改变纺丝时间(20~50min),研究厚度对膜各项性能的影响。1.3纤维接收和纺丝可调电压为0~50kV,注射器针头内径为0.5mm,接收距离为10cm,纺丝电压为14kV,纺丝液流量为1mL/h,以辊筒接收纳米纤维。1.4测试测试1.4.1米纤维形貌的表征用KYKY-2800型扫描电子显微镜对纳米纤维形貌进行表征,喷金处理后观察。纳米纤维平均直径由图片分析软件KYKYSem-ImageProcessing计算得出。1.4.2聚氨酯膜自然干性体的测定采用JC2000c接触角测量仪在室温条件下测量,将不同比例的聚氨酯膜自然风干后裁成4cm×1cm尺寸的长条,每个样品分别测量5个不同的位置,读数时间统一为水滴落在膜上2s,取其平均值。1.4.3抗渗水性测试耐静水压采用WP-1000K渗水性测定仪,参照GB/T4744—1997《纺织织物抗渗水性测定静水压试验》进行测定,单位为kPa。1.4.4抗湿性能测试抗湿性采用Y(B)813织物沾水度测定仪,参照GB/T4745—1997《纺织织物表面抗湿性测定沾水试验》进行测定。把试样安装在卡环上并与水平成45°角放置,试样中心位于喷嘴下面规定的距离,用规定体积的蒸馏水或去离子水喷淋试样。通过试样外观与评定标准及图片的比较,来确定其沾水等级。1.4.5织物厚度的测定根据GB/T3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》,选用YG(B)141D型织物厚度仪测量织物的厚度。将被测织物在不受张力的情况下放置在基准板上进行测量,测试时选取任意不同的10个位置,然后取其平均值即为该膜的厚度。1.4.6透气性能测试根据GB/T5453—1997《纺织品织物透气性的测定》,选用YG(B)461E型数字式织物透气性能测定仪测量织物的透气性,织物两侧压差为100Pa,测试面积为20cm1.4.7拉伸速率的测定采用YG065型电子织物强力仪,参照GB13022—1991《塑料-薄膜拉伸性能试验方法》对膜进行拉伸性能测试,膜厚度为0.033~0.098mm,规格为25mm×200mm,隔距为100mm,拉伸速率为50mm/min;参照GB/T3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能》对所制得的防水透气织物进行力学性能测试,织物厚度为0.133~0.198mm,规格为50mm×350mm,隔距为200mm,拉伸速率为100mm/min。采用YG065型电子织物强力仪,参照GB/T8808—1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》对膜剥离强力进行测试,规格为15mm×200mm,拉伸速率为(300±50)mm/min。2结果分析2.1pu/pvdf纳米纤维膜接触角共混制膜的首要问题是共混物的相容性。通过实验发现,在DMF/丙酮混合溶剂中,不同共混质量比的PU/PVDF均有较好的相容性,溶液均为不透明体系。图1示出不同共混质量比对应的聚氨酯/聚偏氟乙烯纳米纤维膜电镜照片。此时纺丝液质量分数为12%,DMF与丙酮溶剂配比为4/6。溶质共混质量比与纤维直径的关系如图2所示。制得的纳米纤维直径随溶质共混比的不同分布在568~1820nm之间。结合图1和图2可看出,当PU与PVDF共混质量比为7/3时,纤维粗细较均匀且直径较小。图3示出不同溶质共混质量比对应的膜的接触角。根据Laplace方程从原理上进行分析,织物的防水性能主要由织物的表面结构和微孔半径决定。微孔半径r越小,接触角θ越大,织物的防水性能越好表1示出PU/PVDF纳米纤维膜不同共混比对应的透气性、耐静水压、拉伸断裂强力及断裂伸长率值。可看出,在纺丝时间相同的情况下,PU所占比例越高,膜越薄(9/1时特薄),透气性越好,耐静水压值越小,断裂强力和断裂伸长率都先增大后减小。这是因为膜越薄,透气率越大,其透气性也就越好,且由于材料中的纤维是杂乱无序地排列,膜越薄,垂直方向上阻隔气体穿透材料的纤维越少,并且气体穿透材料的垂直路径也会越短,越易于透气。此外,膜厚度降低,湿阻越小2.2透气性能测试图4示出喷、涂胶后涤纶织物与普通涤纶织物的表面微观形貌。从图中可看出,涂胶后,涤纶织物纱线间的空隙几乎全被覆盖住,如图4(c)所示,相比之下,喷胶后,胶黏剂在涤纶织物表面分布较均匀,且没有过多堵塞涤纶布纱线间空隙,如图4(b)所示,因此,喷胶后涤纶织物的透气性与普通涤纶织物的透气性应该相差不大,但要比涂胶后的透气性好的多。喷、涂胶后涤纶织物和普通涤纶织物的透气性分别为301.38、155.07、317.31mm/s。透气性能测试结果与上述分析相一致,所以,本文实验选取静电纺喷胶技术上胶。利用静电纺丝分别将不同质量分数的胶黏剂喷到面积相同的涤纶织物2min,测其透气性,结果见表2(未喷胶的涤纶织物透气性为317.31mm/s)。可看出,各质量分数下透气性相差不大,由于25%时的胶黏剂质量分数较低,喷时液滴较大,应舍弃。另外,将质量分数为30%、35%、40%的胶黏剂分别喷到面积相同的涤纶织物上2min,随即喷相同时间的PU膜,表3示出不同质量分数时聚氨酯湿气固化胶的剥离强力。从表中可看出,质量分数为40%的胶黏剂剥离状态最佳,黏度最好,因此选取质量分数为40%的聚氨酯胶黏剂。2.3耐静水压测试结果表4示出聚氨酯/聚偏氟乙烯纳米纤维膜与其复合织物的耐静水压及抗湿性能。普通涤纶织物平均厚度为0.10mm,耐静水压测试结果为瞬间浸透。从表可看出,纺丝时间越长,膜的耐静水压值越大,但对抗湿性无影响。这是因为,随着纺丝时间的增加,膜面密度和厚度增大此外,复合织物的耐静水压能力降低,测试时,水易从边缘渗出,不易测出。这是因为聚氨酯湿气固化胶太薄,胶黏剂在涤纶织物表面不易连续成膜,在水压力作用下防水膜易与涤纶基布脱开,从而使织物的耐水压能力降低2.4纺丝时间对涤纶原螯丝稳定性的影响PU/PVDF纳米纤维膜及其复合织物的透气性能如图5所示。图中示出,2种材料的透气性都是随纺丝时间的增加而减小,这可由上述分析所得。从图中还可看出,相同条件下,复合织物的透气性要比膜的透气性稍差,其原因在于普通涤纶织物的透气性为317.30mm/s,因为涤纶机织物经纬纱交织后纱线间存在的孔隙较大,而PU/PVDF纳米纤维膜的微孔直径较小,仅有微米级2.5拉伸断裂性能图6~9分别示出PU/PVDF纳米纤维膜与其复合织物断裂强力、断裂伸长率。由于共混膜的主要成分为聚氨酯,具有很好的弹性,因此具有较好的断裂伸长率。图6、8显示,随着纺丝时间的增加,其横、纵向断裂强力、断裂伸长率也增加。这是因为纺丝时间增加,纤维膜越厚,厚薄不匀的现象越不明显图7、9分别示出相关复合织物的横、纵向断裂强力和断裂伸长率。普通涤纶织物横、纵向断裂强力分别为312.00、477.75N,横、纵向断裂伸长率分别为22.09%、21.66%,与图6相比,拉伸断裂强力远大于PU/PVDF纳米纤维膜的拉伸断裂强力,但断裂伸长率远比PU/PVDF纳米纤维膜的断裂伸长率要小。图中显示,复合织物的拉伸断裂强力与断裂伸长率值都随着纺丝时间的增加而增大。这是因为纺丝时间越长,膜越厚,均匀性越好,且纤维网的层数增加,纤维间的缠结增多。其纵向断裂强力值大于横向值,这是因为与图6相比,纤维膜的断裂强力值远小于普通涤纶机织物的断裂强力值,所以膜的复合对涤纶布的断裂强力影响不大,又因为涤纶织物的纵向断裂强力值大于横向值,所以复合织物的纵向断裂强力值大于横向值。另外,复合织物的横向断裂伸长率比纵向大,其主要原因在于普通涤纶织物的横向断裂伸长率大于纵向断裂伸长率,而纤维膜的复合对其影响不大,因此,复合织物的横向断裂伸长率比纵向大。3pu/pvdf纳米纤维复合织物的性能1)聚氨酯与聚偏氟乙烯纳米纤