防水透湿功能性面料性能及测试方法

李新 · 发表于 2009-2-28 20:41:00

当你去登山的时候，冷不丁会下雨，总不能撑着雨伞上山吧。爬山又是一项非常消耗体力的运动，出大量的汗水，而山上的温度一般都很低，总不能把衣服脱掉吧。那么，怎么样才能一下解决这类问题呢？实际上，人们很早就在研究这个问题了，那就是穿一件既防水又能透湿的衣服。（平时人们常称它为透气面料，但不是空气中的气体，而是汗水蒸发出来的蒸汽）。具体来讲，防水透湿面料是指水在一定压力下不浸入面料，而人体散发的汗液却能以水蒸气的形式通过面料传导到外界，从而避免汗液积聚冷凝在体表与面料之间以保持服装的舒适性，它是一种高技术、独具特色的功能性面料。防水对于普通面料工作者来说并不是什么难题，关键是如何实现透湿。下面，我们从防水透湿面料的种类来深入了解一下它。 
 
一、通过纤维来实现透湿 
1、文泰尔织物。
最早的防水透湿织物是著名的文泰尔(Ventile)织物。它是上世纪40年代由英国的Shirley研究所设计的，选用埃及长绒棉的高支低捻度纯棉纱高密重平组织织物，最初主要用于第二次世界大战期间的英国空军飞行员的防寒抗浸服。当织物干燥时，经纬纱线间的间隙较大，大约10微米，能提供高度透湿的结构；当雨或水淋织物时，棉纱膨胀，使得纱线间的间隙减至3～4微米，这一闭孔机制同特殊的拒水整理相结合，保证织物不被雨水进一步渗透。目前该类面料早已被其它防水透湿面料所取代。 
 
2、Coolmax类面料。
杜邦、日本东丽等国际大公司研究的通过纤维内部制造出孔道的方式实现将汗水排出体外，也就是市场上的吸湿排汗面料。该类纤维生产技术集中在这类国际大公司手上，价格相对较高，难以成为市场的主流。 
 
二、通过涂层来实现透湿 
采用干法直接涂层、转移涂层、泡沫涂层、相位倒置或湿法涂层（凝固涂层）等工艺技术，将各种各样具有防水、透湿功能的涂层剂涂敷在织物的表面上，使织物表面孔隙被涂层剂封闭或减小到一定程度，从而得到防水性。织物透湿性则通过涂层上经过特殊方法形成的微孔结构或涂层剂中的亲水基团与水分子作用，借助氢键和其它分子间力，在高湿度一侧吸附水分子，后传递到低温度一侧解析的作用来获得。涂层面料的价格低，实现了一定的透湿，而被广泛使用。但是由于其防水透湿性能较差，手感也不能令人满意，市场占有率正在逐步的减少。现在开发出的湿法转移涂层的面料使得涂层面料又焕发了新机，它不仅防水透湿等物性指标很高，面布能做100%特氟龙处理，水洗牢度能达到25次以上，手感也非常好。 
 
三、通过层压防水透湿膜来实现透湿 
1、PTFE薄膜水蒸气分子的直径为0.0004微米，而雨水中直径最小的轻雾的直径为20微米，毛毛雨的直径已经高达400微米，如果能够制造出孔隙直径在水蒸气和雨水之间的薄膜，那么既防水又透湿不是就能实现了吗？美国GORE公司利用聚四氟乙烯(PTFE)成为第一家生产出该膜的公司，与织物进行复合层压后取商品名为GORE-TEX。但是由于PTFE具有非常强的化学惰性，几乎没有什么材料可以将它与其它织物很好地层压在一起，第一代面料牢度非常差。后来，经过不断的努力，通过与其它亲水薄膜层亚在一起成为复合薄膜，并在膜上进行特殊处理，牢度大大提高。一般认为，Gore-Tex面料水压可以达到10000mm，水洗6-7次后水压才有明显的下降；透湿量最高可以达到10000g/sqm*24hrs，但是这并不是刚做出来的面料就能达到这个数值，需要经过几次水洗，将部分胶水洗去，可用孔隙增多，透湿量上升。 
 
PTFE面料现在主要以美国的Gore和Donaldson为代表。Gore自己生产薄膜并做复合，不单独卖薄膜，指定较好的服装生产厂家做服装，并有单单独的销售人员与其配合。Donaldson只生产薄膜，在日本的复合厂家做复合。这两家公司在市场上的竞争也非常的激烈。国内的PTFE生产厂家现在也逐渐兴起，但是都以单组分的PTFE薄膜为主，没有与亲水性薄膜复合，水洗牢度一般只能在五次左右。上次在上海的产业面料展会上碰到一家印尼的生产厂家，据称水洗也是五次左右。 
 
虽然PTFE面料防水透湿性能较其它面料出色，但是，也由于其本省的化学惰性，薄膜难以被自然界降解，燃烧温度高达405℃，大规模的应用使得GORE-TEX渐渐成为环境的杀手。面对如此难题，GORE公司建立了称之为平衡工程的废弃服装回收机制以期降低其对环境的影响。希望在环境保护主义大行其道的今天，GORE能坚挺的走下去。 
 
2、TPU薄膜 TPU是热塑型聚氨酯薄膜的简称，属于无孔亲水性薄膜。由于薄膜本身没有孔隙，防水效果自然很好，同时也还使面料防风保暖。透湿主要通过其的亲水特性来实现，依靠衣服内外蒸汽压的差异，将蒸汽从压力高的地方转移到低的地方，从而实现了透湿的功能。本人也长期从事TPU复合面料的生产，特作一些简单介绍。 
 
产品待性： A.绿色环保 B.极好的透气透湿性 C.绝对防水性、防血污、抗菌 D.防风且耐寒、防绒、滑爽 E.耐久性、超泼水整理 F.易去污整理，可正常水洗 
 
适用范围： A.野战军服、消防、军队特用服装 B.防护用品、军队用帐蓬、睡袋及邮政包 C.登山、滑雪、高尔夫等运动用衣 D.鞋帽用材、箱包、遮光窗帘、防紫外线伞布 E.防雨、透气的雨披、休闲风衣 F.医保用品 
 
产品规格： 
1、门幅宽度：1500mm 
2、产品厚度：0.012~0.025mm 
3、低透透明膜、低透雾面膜、低透乳白膜透湿指标：大于1000g/m2*24hrs（ASTME96BW2000版）耐静水压指标：大于10000mmH2O（AATCC127） 
4、中透透明膜、中透雾面膜、中透乳白膜透湿指标：大于3000g/m2*24hrs（ASTME96BW2000版）耐静水压指标：大于10000mmH2O（AATCC127） 
5、高透透明膜、高透雾面膜、高透乳白膜透湿指标：大于5000g/m2*24hrs（ASTME96BW2000版）耐静水压指标：大于10000mmH2O（AATCC127） 
6、适合针织、机织、无纺布等各种不同面料贴合 
 
现在市场上做的最多的TPU复合面料主要为： 
1，四面弹+TPU+摇粒绒，就是人们常叫的SoftShell。四面弹主要为75D(做女装)和100D(做男装)，摇粒绒主要为75D/72F和100D/144F两种。可以有平纹、斜纹、格子等很多风格。由于其防水、透湿、防风、保暖，使用范围现在已经不局限于普通的户外运动服装，很多国外大型公司将其作为员工的工作服。我的一个日本客户竟然将其用做拉面馆服务员的工作服! 
2，化纤机织布+TPU+Tricot(涤纶经编网眼布)。机织布主要春亚纺、塔丝隆、牛津布、桃皮绒、尼丝纺等。普通的如228T塔丝隆可以作为冲锋衣的主要面料；而尼龙迷彩印花的面料就可以做军队服装；荧光类的面料可以做警察服等工装；防水透湿面料的测试方法介绍在上海的面料展会上，经常会遇到这样的客户，需要防水透湿达到10000/10000的复合面料。一听我就晕了，前面我已经讲过，美国Gore的面料能够达到这个透湿量，一般的TPU高透薄膜做三合一(面布+膜+里布)也只能达到5000的透湿量。如果用英国的Porelle或荷兰的Sypamtex薄膜透湿量会高一些，但也不能达到10000，而且这些进口膜的价格也不菲。那怎么解释客户会要求这么高的指标呢?一种可能就是客户不懂这行，看到Gore的衣服上标着10000/10000，就要做这么高的指标；还有一种可能，也就是外行人不懂而被一些常常利用的，那就是测试方法的不同。 
 
现在的测试方法有多少？我列出来的方法希望大家不用坚持不下去哦！
 
1、控制杯法 
1.1水蒸气透过法 
1.1.1正杯法 
A,中国国家标准:GB/T12704-91B 
B,美国材料实验协会标准：ASTME96ProduceBandD 
C,日本工业标准：JISL-1099A2 
D,加拿大标准：(CGSB)-4.2No.49-99 
E,英国标准:BS7209-1990 
 
1.1.2倒杯法(也叫吸湿法) 
A，美国材料实验协会标准：ASTME96BW(1995版和2000版) 
 
1.2干燥剂法 
1.2.1正杯法 
A，中国国家标准：GB/T12704-91A 
B，日本工业标准：JISL-1099A1 
C，美国材料试验学会标准：ASTME-96A、C、E 
 
1.2.2倒杯法 
A，日本工业标准：JISL-1099B1、B2 
B，美国材料试验学会标准：ASTME-96 
C，比利时UCB公司标准：UCB法 
D，英国标准:B.T.T.G法 
 
2、出汗热盘法，也称皮肤模型法 
A，ISO标准：ISO11092 
B，消防防护服测试：NFPA1971 
C，美国材料试验学会标准：ASTMF1868-98B 
D，德国标准：DIN54010T01-A 
 
3、出汗假人法 
出汗假人法的假人有点像热盘，用来模拟典型人体的形状和尺寸。假人测试比出汗热盘测试更具有实际意义，因为它可以考虑更多的变量，包括服装覆盖人体的表面积，纺织品的层数和人体表面空气层的分布，松还是紧配合，人体不同部分的皮肤温度差异，身体的位置和运动状态等。但是，还没有一个出汗假人可以测试在诸如行走时动态条件下的蒸发热阻力。当前，还没有出汗假人的设计标准和测试步骤。而且由于出汗假人更加复杂和昂贵，使得假人测试费用比热盘法高。 
 
4、其它方法 A，Watkins法 B，Mernander法 C，Farnworth法 D，VanBeest法 E，Ruchman法 F，Gibson法 
 
真的是太多了，我们还是来具体了解一下几个相对比较有用的方法吧。 
 
1，最常用的方法：ASTME96BW，美国材料试验学会标准，水蒸气倒杯法。 
由于美国在这个行业一直处于领先地位，而且该国的市场也非常的大，该方法测试的数据也相对较高，ASTM标准自然而然成为最常用的方法。现在大部分客户都采用该方法做检测。 
测试原理如下：将被测试的织物覆盖在盛有蒸馏水的透湿杯上，固定后倒置，用精度为0.001g的顶加载天平称其重量，并将其安置在风洞排的位置上。在杯子进入温度为23℃、相对湿度50%、风速2.5m/s的环境室进行称量之前，记录环境的温度和相对湿度。每个杯子的重量和称量的时间都记录下来。将3h，6h，9h，13h，23h，26h，30h时的重量记录下来，用WVT=24*△m/(s*t)公式计算水蒸气传递速度。6个样品的平均值作为测试的结果，平均值乘以24转换为以g/m2*24h为单位的结果。 
需要特别指出的是，ASTME96BW法有1995版和2000版，95版的测试条件不成熟，测试的相对数据较高，现在基本上采用的都是2000版。 
 
2，测试结果最高的方法：JISL-1099B1、B2日本工业标准 
测试原理如下:用醋酸钾作为干燥剂。将PTFE薄膜用橡皮环箍在塑料杯上制成一个水蒸气通透杯子。在将薄膜包覆在杯子上之前，将足够的醋酸钾溶液放入到水蒸气通透杯子中，充满杯子容积约2/3。从每一织物上取出20cm*30cm见方的3块样品。每一样品放置在测试支撑架上。所有涂层或层压织物用橡皮环固定在支撑架上，并且涂层或层压面朝外。样品支撑系统的安装以能够漂浮在23℃水温的水槽中为准。在薄膜朝上方向测试完测试杯质量(包括试样、干燥剂和薄膜)后，迅速将测试杯倒过来并放入样品支撑架中。这一装配方式被放置在恒温30℃±2℃装置中。15min后，将测试杯取出恒温装置，将其倒置过来并测定其重量。水蒸气通透性按WVT=24*△m/(s*t)公式计算。在透湿测试中，日本的干燥剂倒杯法似乎更收到生产商的青睐，因为它可以迅速在较小试样上进行测试，不需要对环境中的相对湿度进行控制，而且测试装置和耗材较为便宜。该方法给出最高的透湿量值，也是生产商所喜欢的，并且该方法和出汗热盘法(被许多研究者所采用)有很好的相关性。 
 
 
3，最令人关注的测试方法：ISO11092出汗热盘法 
 
热盘测试法是一种用来测试模拟紧贴皮肤所发生的传热传质过程的装置。从测试原理来看，出汗热盘测试方法属于蒸发热转移阻抗法，是用于测量不同类型织物对水蒸气的阻抗(水蒸气阻抗是指织物两侧的蒸气压力差值除以压力梯度方向单位面积总的蒸发热流量)。蒸发阻抗越高，织物的呼吸性越差；蒸发阻抗越低，则透水汽性能越好，或者说出汗热盘法测试的是蒸气热传递阻力。蒸发阻力测试值(Ret值)范围一般为148.7～3.9m2Pa/w。 Ret值小于6时，认为是极端透气，在高运动水平时穿着舒适；在6与13之间时为非常透气，在高运动水平时穿着舒适程度一般，但在一般运动水平时穿着舒适；在13与20之间时为透气，在高运动水平时穿着不舒适，但在一般运动水平时穿着舒适；在20与30之间时，为低透气，在高运动水平时穿着非常不舒适，但在低运动水平时一般舒适；高于30时为不透气，在所有运动水平时穿着都不舒适。 
 
出汗热盘法由于其更加合理性，正被越来越多的业者所采用。但是，国内面临最大的问题是现在还没有一家测试机构能够做该测试，香港也不能做，台湾的纺拓会能做，但却认证的资历不足。正因为如此，国内的面料生产厂家对该测试认识不足，无法确定该如何选择正确的薄膜和工艺。今年就有一家兄弟企业因为不能没有达到Ret值为13而损失惨重。 
 
织物透湿性测试的方法鱼龙混杂，而且各种测试方法的结果又没有相关性和可比性，因此，确定测试方法是所有指标的前提。我们往往在某些品牌上看看到防水透湿指标如何如何高，却没有指明使用何种测试方法测试。

dangfx12 · 发表于 2011-4-2 17:07:00

敢问楼主可是盛泽那边的

dangfx12 · 发表于 2011-4-2 17:21:00

楼主真乃神人佩服

夜下听雨 · 发表于 2011-8-4 12:54:00

不知道大家对于国标12704.2蒸发法中倒杯法的织物测试面朝向问题有没有看法？正杯法是测试面朝下，倒杯法？

czwbffff · 发表于 2013-3-5 15:26:50

测试面朝上的

lalayiyi · 发表于 2013-3-27 15:55:52

不错，学习了

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