針織布與TPU防水透明膜熱壓複合工藝研究 一、引言 隨著現代紡織技術的不斷發展，功能性紡織品在服裝、醫療、運動裝備等領域的應用日益廣泛。其中，針織布因其良好的彈性和透氣性，在日常服裝和功能服飾...
針織布與TPU防水透明膜熱壓複合工藝研究
一、引言
隨著現代紡織技術的不斷發展，功能性紡織品在服裝、醫療、運動裝備等領域的應用日益廣泛。其中，針織布因其良好的彈性和透氣性，在日常服裝和功能服飾中占有重要地位。然而，傳統針織布在戶外環境或特殊用途下存在防水性能不足的問題。為了解決這一問題，近年來，將針織布與高分子材料如熱塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）薄膜進行複合成為一種有效的解決方案。
TPU是一種具有優異彈性、耐磨性、耐低溫性及良好加工性的環保型高分子材料，其透明性也使其在視覺設計上具備獨特優勢。通過熱壓複合工藝將TPU薄膜與針織布結合，不僅能夠提升麵料的防水性能，還能保持原有的柔軟手感和舒適穿著體驗。因此，該工藝在功能性服裝、戶外運動服、醫用防護服等領域展現出廣闊的應用前景。
本文旨在係統探討針織布與TPU防水透明膜的熱壓複合工藝，包括原材料特性、工藝參數設置、複合效果評估、影響因素分析等內容，並引用國內外相關研究成果，力求全麵呈現該技術的研究現狀與發展趨勢。
二、材料與方法
2.1 原材料介紹
2.1.1 針織布
針織布是由紗線通過針織機編織而成的一類織物，具有良好的延伸性和彈性。根據組織結構的不同，針織布可分為緯編和經編兩大類。本研究選用的是緯編平紋針織布，其主要成分為棉與滌綸混紡，具有良好的吸濕性和透氣性。
表1：針織布基本參數
| 參數名稱 | 數值 | 單位 |
|---|---|---|
| 織物密度 | 180 | 根/英寸² |
| 克重 | 160 | g/m² |
| 紗線成分 | 棉/滌綸（50%/50%） | — |
| 彈性伸長率 | 30% | — |
2.1.2 TPU防水透明膜
TPU薄膜由熱塑性聚氨酯材料製成，具有良好的柔韌性、耐候性和防水性能。其厚度通常在0.1~0.5 mm之間，可根據不同應用場景選擇。本實驗采用厚度為0.2 mm的TPU透明膜，適用於戶外服裝和輕便雨衣等產品。
表2：TPU薄膜基本參數
| 參數名稱 | 數值 | 單位 |
|---|---|---|
| 材料類型 | 脂肪族TPU | — |
| 厚度 | 0.2 | mm |
| 透光率 | ≥90% | — |
| 抗拉強度 | 40 MPa | — |
| 斷裂伸長率 | ≥500% | — |
| 防水等級 | IPX7 | — |
| 熱封溫度範圍 | 120~160℃ | — |
2.2 複合工藝流程
熱壓複合工藝是將兩種或多種材料通過加熱加壓的方式粘合在一起的過程。其核心在於控製溫度、壓力和時間三個關鍵參數，以實現佳的粘合效果和物理性能。
2.2.1 工藝流程概述
- 預處理：對針織布進行清潔與幹燥處理，去除表麵雜質。
- 定位鋪層：將TPU薄膜平整地鋪設在針織布表麵，確保無氣泡。
- 熱壓複合：使用熱壓機在設定溫度、壓力和時間條件下進行複合。
- 冷卻定型：自然冷卻或強製冷卻，使複合結構穩定。
- 性能測試：對複合後的樣品進行剝離強度、防水性、透氣性等測試。
2.2.2 設備參數
本研究采用液壓式熱壓機（型號：HY-3012），其主要技術參數如下：
表3：熱壓設備參數
| 參數名稱 | 數值 | 單位 |
|---|---|---|
| 大壓力 | 30 t | 噸 |
| 加熱板麵積 | 400×400 | mm² |
| 溫控精度 | ±2 ℃ | — |
| 時間控製範圍 | 0~999 s | 秒 |
| 加熱方式 | 電加熱 | — |
三、工藝參數優化研究
為了獲得佳的複合效果，需對熱壓過程中的溫度、壓力和時間進行優化。以下為不同參數組合下的實驗結果對比。
3.1 溫度對複合性能的影響
溫度是影響TPU與針織布粘接強度的關鍵因素之一。過低的溫度會導致TPU無法充分軟化，粘接力不足；過高的溫度則可能引起針織布纖維損傷或TPU碳化。
表4：不同溫度下的剝離強度測試結果
| 溫度（℃） | 剝離強度（N/cm） | 外觀狀態 |
|---|---|---|
| 110 | 1.2 | 粘接不牢，易分離 |
| 120 | 2.8 | 表麵微皺，部分分離 |
| 130 | 4.5 | 表麵光滑，粘接牢固 |
| 140 | 5.1 | 局部輕微變色 |
| 150 | 4.8 | 表麵泛黃，略有焦痕 |
| 160 | 3.7 | 明顯焦痕，粘接力下降 |
從表4可見，當熱壓溫度為130~140℃時，剝離強度達到峰值，且外觀質量良好。因此，推薦熱壓溫度控製在130~140℃範圍內。
3.2 壓力對複合性能的影響
壓力作用於材料間的接觸麵，有助於提高粘接麵積和粘接強度。但過高壓力可能導致針織布變形或TPU膜破裂。
表5：不同壓力下的剝離強度測試結果
| 壓力（MPa） | 剝離強度（N/cm） | 外觀狀態 |
|---|---|---|
| 0.5 | 2.1 | 表麵有氣泡，粘接弱 |
| 1.0 | 3.8 | 局部起皺，粘接較好 |
| 1.5 | 5.2 | 表麵光滑，粘接牢固 |
| 2.0 | 4.9 | 表麵略硬，手感下降 |
| 2.5 | 4.3 | 針織布輕微變形 |
結果顯示，1.5 MPa的壓力可以獲得佳的粘接效果，同時不影響織物的手感和外觀。
3.3 時間對複合性能的影響
熱壓時間決定了材料是否充分熔融並形成有效粘接。時間過短會導致粘接不牢，時間過長則可能引發材料老化。
表6：不同熱壓時間下的剝離強度測試結果
| 時間（s） | 剝離強度（N/cm） | 外觀狀態 |
|---|---|---|
| 10 | 2.0 | 表麵未完全融合 |
| 20 | 3.5 | 局部粘接，手感較差 |
| 30 | 5.0 | 表麵光滑，粘接牢固 |
| 40 | 5.2 | 粘接更牢固，無明顯變化 |
| 50 | 5.1 | 略有發黃跡象 |
綜合考慮，熱壓時間控製在30~40秒較為適宜。
四、複合後產品的性能測試
為驗證針織布與TPU複合材料的功能性，進行了多項物理性能測試，包括剝離強度、防水性、透氣性、耐洗性等。
4.1 剝離強度測試
剝離強度是衡量複合材料粘接牢固程度的重要指標。測試標準參考GB/T 2790-1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法》。
表7：剝離強度測試結果
| 樣品編號 | 剝離強度（N/cm） | 測試方法 |
|---|---|---|
| S1 | 4.8 | 手動剝離 |
| S2 | 5.1 | 機械剝離 |
| S3 | 5.0 | 自動剝離 |
平均剝離強度為4.97 N/cm，符合工業標準要求。
4.2 防水性能測試
防水性能采用靜水壓法測試，參照GB/T 4744-2013《紡織品防水性能測試方法》。
表8：防水性能測試結果
| 樣品編號 | 靜水壓值（cmH₂O） | 防水等級 |
|---|---|---|
| S1 | 120 | IPX5 |
| S2 | 135 | IPX6 |
| S3 | 150 | IPX7 |
結果表明，複合材料具有良好的防水性能，可滿足戶外服裝的基本需求。
4.3 透氣性測試
透氣性測試依據GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性測試方法》，測試風速為10 cm/s。
表9：透氣性測試結果
| 樣品編號 | 透氣量（L/m²·s） | 備注 |
|---|---|---|
| S1 | 280 | 較好 |
| S2 | 260 | 一般 |
| S3 | 240 | 略差 |
盡管TPU膜會降低織物的透氣性，但在合理厚度下仍能保持一定的通風性能。
4.4 耐洗性測試
耐洗性測試參照AATCC Test Method 61-2013《家用洗滌耐久性測試》，模擬家庭洗衣機洗滌10次後觀察剝離強度變化。
表10：耐洗性測試結果
| 洗滌次數 | 平均剝離強度（N/cm） | 外觀變化 |
|---|---|---|
| 0 | 5.0 | 無變化 |
| 5 | 4.7 | 微小氣泡 |
| 10 | 4.5 | 少許邊緣開裂 |
說明複合結構具有較好的耐洗穩定性。
五、影響因素分析
5.1 材料相容性
針織布與TPU之間的粘接性能與其表麵極性、化學結構密切相關。研究表明，TPU中含有大量的氨基甲酸酯基團，與棉纖維中的羥基具有一定的親和力，有利於粘接界麵的形成[1]。
5.2 表麵處理方式
為了進一步提高粘接強度，常采用等離子體處理、火焰處理或塗覆底膠等方式改善針織布表麵潤濕性。例如，Zhang et al.[2] 在研究中指出，經過等離子體處理的織物可顯著提升與TPU膜的粘接強度達30%以上。
5.3 環境溫濕度
複合過程中環境的溫濕度也會影響終粘接效果。高濕度環境下，針織布容易吸濕，導致TPU膜與織物之間出現水分隔離現象，從而降低粘接強度[3]。
六、國內外研究現狀
6.1 國內研究進展
中國在TPU複合材料領域已有較多研究基礎。例如，東華大學的李曉紅團隊[4] 對不同厚度TPU膜與滌綸針織布的複合性能進行了係統研究，發現0.2 mm厚的TPU膜在130℃、1.5 MPa、30 s條件下可獲得優性能。
此外，江南大學的王偉等人[5] 探索了納米二氧化矽改性TPU膜在複合工藝中的應用，結果顯示改性後的TPU膜不僅提高了粘接強度，還增強了抗紫外線性能。
6.2 國外研究進展
國外學者在該領域也有深入研究。美國北卡羅來納州立大學的Kan等人[6] 采用紅外光譜分析（FTIR）和掃描電子顯微鏡（SEM）對TPU與棉織物的粘接界麵進行了微觀結構分析，揭示了粘接機製。
韓國科學技術院（KAIST）的Kim團隊[7] 則開發了一種基於熱壓複合的智能服裝製備工藝，將TPU膜與導電織物結合，實現了防水與傳感功能的集成。
七、結論（略）
參考文獻
[1] Zhang, Y., & Wang, L. (2020). Adhesion Mechanism of TPU Films on Cotton Fabrics: A Review. Journal of Applied Polymer Science, 137(15), 48673.
[2] Zhang, H., Liu, X., & Chen, J. (2021). Effect of Plasma Treatment on the Adhesion Strength of TPU-coated Knitted Fabrics. Textile Research Journal, 91(11), 1234–1243.
[3] Li, X., & Sun, Q. (2019). Influence of Environmental Humidity on Thermal Lamination Process of Textiles. Fibers and Polymers, 20(3), 567–575.
[4] 李曉紅, 王磊. TPU膜與針織布複合工藝研究[J]. 《紡織學報》, 2020, 41(6): 88-93.
[5] 王偉, 劉洋. 改性TPU膜在針織布複合中的應用[J]. 《合成纖維工業》, 2021, 44(4): 55-59.
[6] Kan, C. W., & Yuen, C. W. M. (2018). Characterization of TPU-coated Cotton Fabrics Using FTIR and SEM Techniques. Journal of Industrial Textiles, 48(2), 321–335.
[7] Kim, J., Park, S., & Lee, K. (2022). Smart Textile Integration via TPU-based Lamination Technology. Advanced Materials Technologies, 7(4), 2100123.
（全文共計約4,200字）
