TPU防水透湿膜与差别基布复合后的力学性能比照研究

TPU防水透湿膜与差别基布复合后的力学性能比照研究

小序

随着功效性纺织品市场的快速生长，，，，具有防水、透湿、透气等综合性能的复合质料在户外运动服装、医疗防护服、军用装备等领域获得了普遍应用。。其中，，，，热塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）因其优异的弹性和耐候性，，，，被普遍应用于防水透湿膜的制备中。。TPU防水透湿膜通过微孔结构实现水蒸气分子的自由扩散，，，，同时阻挡液态水的渗透，，，，从而抵达“防水又透气”的效果。。

然而，，，，TPU膜单独使用时保存机械强度低、易撕裂等问题，，，，因此常需与差别类型的基布复合以提高其整体性能。。常用的基布包括涤纶（PET）、尼龙（PA）、棉织物、芳纶纤维（如Nomex、Kevlar）以及高密度聚乙烯（HDPE）等。。这些基布材质各异，，，，其与TPU膜复合后形成的复合质料在拉伸强度、撕裂强度、剥离强度、耐磨性等方面体现出差别的性能特征。。

本文旨在系统研究TPU防水透湿膜与差别种类基布复合后的力学性能差别，，，，并连系海内外相关研究效果举行剖析较量，，，，为高性能复合面料的研发提供理论依据和实践指导。。

一、TPU防水透湿膜简介

1.1 TPU的基本特征

TPU是一种由多元醇、二异氰酸酯和扩链剂反映天生的线性嵌段共聚物，，，，具有优异的弹性、耐磨性、耐油性和低温柔韧性。。其主要特点如下：

1.2 防水透湿原理

TPU防水透湿膜通常接纳相疏散法或吹膜法制备，，，，形成具有纳米级微孔结构的薄膜。。该结构允许水蒸气分子（直径约0.0004 μm）通过，，，，而液态水分子（直径大于1 μm）则被阻挡，，，，从而实现防水与透湿的双重功效。。

二、常见基布类型及其性能参数

为了提升TPU膜的力学性能，，，，通常将其与差别类型的基布举行复合。。以下为几种常见的基布类型及其基本物理性能：

三、TPU膜与差别基布复合工艺

TPU膜与基布的复合方式主要有以下几种：

• 干法复合：将TPU消融于溶剂中涂覆于基布外貌，，，，再经烘干固化。。
• 热熔复合：使用TPU的热塑性，，，，在一定温度下将其压合至基布上。。
• 湿法复合：在TPU溶液中加入成孔剂，，，，涂覆后通过凝固浴形成多孔结构。。
• 共挤复合：在膜成型历程中直接与基布一起挤出复合。。

差别的复合要体会影响终复合质料的界面连系强度、透气性及力学性能。。

四、TPU复合质料的力学性能测试要领

为评估TPU膜与差别基布复合后的力学性能，，，，通常举行以下几类测试：

1. 拉伸性能测试（ASTM D5035）
2. 撕裂强度测试（ASTM D2261）
3. 剥离强度测试（GB/T 2790）
4. 耐磨性测试（Martindale测试法）
5. 防水性能测试（静水压测试，，，，GB/T 4744）

五、差别基布复合TPU膜后的力学性能比照剖析

5.1 拉伸强度比照

以下为TPU膜划分与涤纶、尼龙、棉布、芳纶和HDPE复合后的拉伸强度测试效果（单位：MPa）：

从表中可见，，，，芳纶纤维复合的TPU膜拉伸强度高，，，，达117.5 MPa；；；；；而棉织物和HDPE复合质料的拉伸强度相对较低，，，，划分为42.5 MPa和31 MPa。。这主要与其自身纤维的强度有关。。

5.2 撕裂强度比照

撕裂强度是权衡质料反抗初始裂口扩展能力的主要指标。。以下是差别复合质料的撕裂强度数据（单位：N）：

效果显示，，，，Kevlar复合TPU膜的撕裂强度显著高于其他质料，，，，批注其具有优良的抗撕裂性能。。

5.3 剥离强度比照

剥离强度反映的是TPU膜与基布之间的粘结牢靠水平。。以下为差别复合质料的剥离强度测试效果（单位：N/25mm）：

可以看出，，，，芳纶复合质料的剥离强度高，，，，说明TPU膜与芳纶之间具有优异的界面结协力，，，，而HDPE复合质料的剥离强度低，，，，可能与其外貌能较低有关。。

5.4 耐磨性能比照

接纳Martindale测试法测定样品在差别摩擦次数下的磨损情形，，，，效果如下（单位：次）：

芳纶复合质料在耐磨性方面体现优，，，，达4万次以上仍坚持优异状态，，，，显示出其在高强度使用情形中的优越性。。

5.5 防水性能比照

接纳静水压测试法（GB/T 4744）对各复合质料举行防水性能测试，，，，效果如下（单位：cmH?O）：

所有复合质料均知足一般户外服装的防水要求（≥100 cmH?O），，，，其中芳纶复合质料的防水性能佳，，，，可达160 cmH?O。。

六、海内外研究现状综述

6.1 海内研究希望

海内在TPU复合质料领域的研究起步较晚，，，，但近年来生长迅速。。例如，，，，东华大学的研究团队[1]通过对差别基布与TPU膜复合后性能的系统测试，，，，发明尼龙基布复合TPU膜在撕裂强度和耐磨性方面优于涤纶基布。。别的，，，，中国纺织科学研究院[2]提出了一种新型湿法复合工艺，，，，可显著提高TPU膜与棉布之间的结协力。。

6.2 外洋研究希望

外洋在TPU复合质料领域已有较为成熟的研究效果。。美国杜邦公司[3]早在上世纪90年月便开发出基于芳纶的高性能TPU复合质料，，，，普遍应用于军用防护服。。日本帝人株式会社[4]则重点研究了TPU与聚酯纤维复合质料的耐候性问题，，，，提出了多种改性方案以延伸使用寿命。。

德国Fraunhofer研究所[5]接纳X射线显微断层扫描手艺，，，，对TPU复合质料的微观结构举行了深入剖析，，，，展现了基布外貌处理对膜层附着力的影响机制。。法国INRAE研究中心[6]则关注TPU复合质料在极端天气条件下的性能稳固性，，，，提出了一套完整的性能评价系统。。

七、影响TPU复合质料性能的要害因素剖析

7.1 基布外貌处理

基布的外貌处理对TPU膜的附着性有主要影响。。常见的处理要领包括等离子处理、电晕处理、涂层处理等。。研究批注，，，，经由等离子处理的涤纶基布与TPU膜的剥离强度可提高约30%[7]。。

7.2 TPU膜厚度

TPU膜的厚度直接影响复合质料的透湿性和机械性能。。一般来说，，，，膜厚增添有助于提高防水性能，，，，但会降低透湿率。。合适的膜厚规模通常为0.05–0.2 mm。。

7.3 复合工艺参数

复合历程中的温度、压力、速率等参数对复合质量有显著影响。。例如，，，，在热熔复合历程中，，，，适当提高温度可以增强TPU与基布的粘接效果，，，，但过高的温度可能导致基布变形或降解。。

八、结论与展望（略去结语部分）

参考文献

1. 李晓明, 王丽娟. 差别基布对TPU复合质料性能的影响研究[J]. 《纺织学报》, 2020, 41(5): 105-110.
2. 中国纺织科学研究院. TPU复合质料制备与性能研究[R]. 北京: CNTAC, 2019.
3. DuPont Company. Development of High-performance TPU Composite Materials for Military Applications [R]. USA: DuPont Technical Report, 2005.
4. Teijin Limited. Study on the Durability of TPU-coated Polyester Fabrics [R]. Japan: Teijin R&D Report, 2012.
5. Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials. Microstructural Analysis of TPU Composites Using X-ray Tomography [R]. Germany: Fraunhofer IFAM Report, 2018.
6. INRAE France. Performance Evaluation of TPU-based Textiles under Extreme Climatic Conditions [R]. France: INRAE Research Report, 2021.
7. Zhang Y, Liu H. Effect of Plasma Treatment on the Adhesion between TPU Film and Polyester Fabric [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2022, 139(12): 52145.

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