游牧用帐篷篷布防水性能研究

    我国是一个草原大国，草原面积居世界第二位。牧区是我国少数民族主要聚居区，有蒙古族、藏族、维吾尔族、回族、满族、朝鲜族、哈萨克族、柯尔克族等40个少数民族，总人口为5052万[1]。

    自古以来，广大牧民群众“逐水草而居”，帐篷是牧民最常见的住宅。由于帐篷在使用过程中，一般情况下是处于野地露营状态，需承受日晒雨淋，而篷布是帐篷的主体部分，所以，如何提高牧区帐篷篷布的防水性能和降低篷布的成本显得尤为重要[2]。但目前国内外对游牧用帐篷的研究几近空白，对游牧用帐篷篷布的防水性能研究也未见报道。

    帐篷篷布发展到今天，主要是通过采用涂层技术来达到防水效果，主要是在织物表面均匀地涂上一层能形成薄膜的高分子化合物，由于它既能赋予织物各种功能，又能赋予织物以独特的风格手感和外观，且能大大地提高产品的附加值，其效果是一般印染整理所难以达到的。目前篷用织物已是产业用涂层织物中消耗量最大的品种。涂层剂按化学结构分类主要有：聚丙烯酸酯类(PA)、聚氨酯类(PU)、聚氯乙烯类(PVC)、有机硅类、合成橡胶类，还有含氟类、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和蛋白质类[3-4]。表一为各种常用的四种涂层剂性能的比较。

    表1常用涂层剂性能比较 

    聚四氟乙烯是唯一集防水、拒油、防污三种功能于一体的树脂，它耐热、耐

    氧化、耐气候性好，不霉变，弹性好，无粘搭现象，是一种理想的涂层剂，但价

    格非常高，这限制了它的使用。为了使帐篷篷布具有良好的防水性能，本文拟采用不同整理工艺，含氟拒水整理剂对篷用织物进行整理，并对其性能进行测试，为研究出防水性能优异、成本合理的游牧用帐篷篷布提供依据。 

2 实验部分

    2.1实验材料

    整理剂：含氟拒水整理剂；交联剂：三聚氰胺和乙二醛，实验中交联剂的作用是与含氟拒水整理剂反应，在纤维表面形成三维网状结构，使拒水剂的脱落受阻，提高织物的整理效果与耐水洗性。

    催化剂：冰醋酸，分析纯。

    2.2试验步骤

    拒水功能整理（除油漂白→染色→烘布→浸轧树脂→烘干→浸轧→焙洪定型→冷却→出布→成卷）→样品测试。

    2.3实验仪器及测试方法

    2.3.1实验仪器

    5101-3E电热鼓风干燥箱；MP502B型电子天平；55YH不锈钢恒温水浴锅；YG812N型织物渗水性测试仪；烧杯；量筒。

    2.3.2测试方法

    （1）耐静水压测试

    试样夹头面积：l00cm2，水压上升速率：l000Pa/min~20000Pa/min数字设定。

    测试前的准备工作：在做增压、定压计时、定压定时、挠曲松弛实验前，测

    试前需将下夹头里加满水后，夹好试样，按←键，进入校正状态清零。

    本仪器工作模式有5种分别是：1)增压法；2)定压计时；3)定压定时法；4)挠曲松弛法；5)渗水漏水法(恒速)。本实验采用增压法：测试准备好后，进入设定中方法选择项，设定好上升速率。按启动键开始测试，当试样上面出现第三滴水珠时按停止键，仪器自动保存测试数据，测试完毕，活塞自动回位。  

 3 结果与讨论

    影响有机氟整理织物防水性能的因素很多，如纱线性质、粗细、织物密度、紧度、厚度、坯布前处理工艺、整理剂、助剂性能、用量、酸碱度、轧余率、加工流程、温度、时间等等。本项目研究人员在参阅大量国内外资料的基础上，重点针对织物紧度、坯布前处理工艺、整理剂、酸碱度、助剂配方、浸轧流程、轧余率等七大因素开展了系列工艺试验，并对拒水原因进行了测试分析。

    3.1织物紧度对防水性能的影响

    织物的紧密度是防水的基础，松弛的结构显然难以做到有效的防水。对3种普通T/3×3坯布和特制的T/3×3坯布（4#样品）统一用普通有机氟整理工艺进行试验，结果见表2。

    表2织物紧度与静水压测试结果 

    由表2可以看出，织物紧度与防水性能关系显著，紧度越高，防水性能越好。但在实际生产中，受设备条件的限制，不可能将织造紧度无限制提高。我们专门试织的4#样品紧度已经接近设备极限，但静水压指标距牧区新型帐篷面料标准仍然有相当大的距离，不过与市销有机氟防水布指标（以3.45kPa计，下同）相比，有了18.8%的提高。  

    3.2坯布前处理工艺对防水性能的影响

    尽管牧区新型帐篷采用白色面料，可以省略染色过程，但由于生坯上难以避免的油渍、污渍，除油、漂白工艺是无法省略的。在生产过程中发现，同样规格的坯布做防水整理，染色布防水效果普遍好于漂白布。因此，采用特制T/3×3坯布（以后试验均采用此坯布，不再复述），确定了3套工艺方案进行试验，分别为：

    1#方案：普通95℃双氧水漂白＋有机氟整理；

    2#方案：130℃高温染色＋有机氟整理；

    3#方案：130℃高温漂白＋有机氟整理。

    试验结果为：1#方案样品，静水压4.1kPa；2#方案样品，静水压4.54kPa；3#方案静水压4.43kPa。

    可以看出，3#方案静水压指标比1#方案提高了8%。分析其原因，估计是坯布在高温水浴作用下，纤维产生了重新分布，结构变得更为紧密、均匀，从而提高了防水效果。

   3.3有机氟整理剂对防水性能的影响

    采用不同品种的有机氟整理剂处理织物，防水指标的差异是很大的。本次研究先后共采购了产自国内外5批不同厂家型号的有机氟（广州联庄有）进行比较试验，试验结果见图1。

    需要说明的是，1#、2#、3#为国产有机氟整理剂，4#、5#为进口有机氟。根据试验数据，进口整理效果明显好于国产，但用普通工艺仍然达不到牧区新型帐篷面料标准要求。因此筛选出4#继续进行下一步试验。  

    3.4有机氟整理液酸碱度与静水压的关系

    在其他条件不变的情况下，我们配制出不同酸碱度的有机氟整理液进行试验，测试结果见图2。

    据资料介绍，有机氟分子构成一般由4部分组成：氟碳链节、缓冲链节、高分子链节、其它的改性基团。氟碳键的强极性会降低整个分子的稳定性，通过缓冲链节与主链相连来提高单体的稳定性。在酸性条件下，对第二个组成部分造成影响，使其缓冲链节稳定。如果在碱性条件下或酸性不是很强的情况下，就会破坏其缓冲链节，单体不稳定，防水效果就会变差。图2的试验结果验证了这一理论：pH值越高，静水压指标越低；pH值越低，静水压指标越高；随着PH值不断降低，静水压指标提升趋缓。  

 3.5有机氟整理液配方研究

    通过采取以上诸多措施，静水压指标提升至5.41kPa，比普通有机氟防水布提高了56.8%，但单一措施对防水指标的影响均有限，因此尝试重点对有机氟整理液配方进行攻关，以期在防水指标上有所突破。

    首先，以上述4#、硬挺剂、抗静电剂、弱酸作为基本配方，分别加入A、B、C、D、E五种不同型号树脂进行试验，结果见表3。

    表3不同树脂整理织物的静水压值

  

    由上表可知，加入A、B、C型树脂不仅未改善织物防水性能，反而使其变差；加入D型树脂对防水指标影响不大；加入E型树脂使静水压指标提高了6.5%。于是，单独针对E型树脂制订了下列4套方案进一步试验，结果见表4。

    1#方案：基本配方＋E型树脂＋交联剂A；

    2#方案：基本配方＋E型树脂＋交联剂A＋催化剂；

    3#方案：基本配方＋E型树脂＋交联剂B；

    4#方案：基本配方＋E型树脂＋交联剂B＋催化剂。

    表4交联剂、催化剂对防水性能的影响

    由表4可知，交联剂A对防水性能的影响不显著（加不加催化剂都一样），交联剂B可略微改善防水性能，而加入催化剂后，防水指标显著提高。在此基础上又调整了配方比例，静水压指标基本可稳定在6.1kPa左右，已经超过了牧区新型帐篷面料标准要求。  

    3.6 轧余率、浸轧流程对防水指标的影响

    考虑到实际生产过程中会有一定波动，决定进一步寻找提高织物防水性能的途径。在浸轧工艺流程方面，可分为一步法和两步法。所谓一步法即为有机氟整理剂、树脂、硬挺剂等助剂同浴浸轧、烘干，企业常用的即为这种方法；两步法即为整理剂、助剂分别按先后次序浸轧、烘干。为探索这两种工艺对织物防水性能的影响，依据上述4#方案配方制定了两步法工艺：

    第一步：树脂＋交联剂＋催化剂＋硬挺剂，浸轧烘干；

    第二步：＋抗静电剂＋弱酸，浸轧烘干，焙烘。

    一步法样品静水压仅为5.95kPa，而两步法样品静水压达到6.49kPa。可以看出，采用两步法工艺能明显提高织物防水性能。因为这一工艺能使有机氟整理剂分子基团更完整地包覆于织物纤维表面，从而提高了织物防水效果。

    关于轧余率——这一以往不被重视的工艺参数，我们也进行了一些探索。试验结果见图3。

    由图3可以看出，轧余率越高，静水压指标越好，而且实测数据稳定性较好。分析原因为：在高轧余率条件下，更有利于有机氟整理剂、树脂、助剂在织物纤维表面均匀分布、充分反应，从而提高了防水性能。不过考虑到耗能的问题，本文没有用更高的轧余率进行试验。  

    4结论

    通过以上系列工艺措施，可以得出以下提高有机氟防水布防水效果的结论：

    1）高密织物是防水性能提高的基础，必须采用较高的经纬向紧度；

    2）高温漂白工艺比普通漂白工艺效果更佳；

    3）进口效果好于国产，建议选用；

    4）较低的有机氟整理液pH值可使防水指标提高；

    5）整理液配方是提高防水性能的关键，宜反复试验筛选出最佳方案；

    6）采用两步法工艺、较高的轧余率，能有效提高防水性能。