氣脹式救生衣面料的研究

氣脹式救生衣面料的研究

隨著社會(huì)、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，優(yōu)質(zhì)熱塑料（tpu）復(fù)合面料的氣脹救生衣，其優(yōu)良的氣密性、強(qiáng)度、耐老化性、高強(qiáng)度、耐拉度、環(huán)保和污染特點(diǎn)等特點(diǎn)越來越受市場(chǎng)歡迎。1tpu-錦綸復(fù)合面料在我國救生衣生產(chǎn)中的應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一個(gè)我國大陸地區(qū)研究的氣脹式救生衣氣密性面料結(jié)構(gòu)大致經(jīng)歷了棉織物涂天然橡膠、錦綸織物涂丁基橡膠或氯丁橡膠、錦綸織物涂覆TPU以及錦綸織物復(fù)合TPU薄膜四種結(jié)構(gòu)形式。20世紀(jì)60年代初氣脹式救生衣所采用的面料為棉-天然膠,厚重且不耐老化;70年代初被丁基膠-維棉和氯化丁基膠-錦綸織物所代替,但這兩種涂層面料都存在面料厚重、柔軟性差的缺點(diǎn),如丁基膠-維棉成品涂層面料面密度重達(dá)470~510g/m2,而且都是采用人工貼合方法制作救生衣,生產(chǎn)效率極為低下;80年代末到90年代初采用的面料為錦綸織物涂覆TPU,該面料可以采用高頻電磁波或超聲波加熱復(fù)合方式制作氣囊,但織物本身的氣密性不夠可靠,常存在針孔狀漏氣疵點(diǎn);自90年代初開始,從我國臺(tái)灣省進(jìn)口了TPU-錦綸復(fù)合面料,并引進(jìn)了塑料高頻焊接機(jī),使用焊接方法加工救生衣氣囊,使生產(chǎn)效率大大提高。TPU-錦綸面料具有熱合加工性能好、氣密性佳、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕(面密度僅為250g/m2左右)和柔軟性比較好的特點(diǎn),能夠基本滿足救生衣的要求。為了解決救生衣用氣密性面料的國產(chǎn)化問題,從20世紀(jì)90年代開始我國大陸地區(qū)開始自主研發(fā)TPU-錦綸復(fù)合面料,但由于生產(chǎn)TPU復(fù)合面料所需的TPU膜一直依賴國外進(jìn)口,因此研究工作進(jìn)展比較緩慢。從2000年開始,我國陸續(xù)從國外引進(jìn)一些先進(jìn)的擠出涂敷生產(chǎn)線,經(jīng)過10多年的努力摸索,國內(nèi)的TPU-錦綸復(fù)合面料產(chǎn)品技術(shù)基本趨于成熟,常規(guī)的TPU擠出涂覆復(fù)合織物的生產(chǎn)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化,形成了一定的技術(shù)規(guī)模,積累了一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。2中方地區(qū)沒有企業(yè)能生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)對(duì)于救生衣氣囊這種特殊用途的TPU復(fù)合面料,因其對(duì)材料的物性指標(biāo)(包括面密度、剝離強(qiáng)度、撕破強(qiáng)力、氣密性和耐水浸泡性等)要求較高,我國大陸地區(qū)目前還沒有企業(yè)能夠生產(chǎn),仍然依賴進(jìn)口。因?yàn)榫壬庐a(chǎn)品的生產(chǎn)需要經(jīng)過許可和認(rèn)證,救生衣產(chǎn)品以及相關(guān)的材料要進(jìn)入歐盟市場(chǎng)需要通過CE認(rèn)證,要進(jìn)入北美市場(chǎng)需要經(jīng)過UL認(rèn)證,而我國大陸地區(qū)生產(chǎn)的救生衣氣囊面料根本達(dá)不到上述認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),所以這一產(chǎn)品市場(chǎng)在我國大陸地區(qū)還屬空白。3防化劑的分類及相關(guān)規(guī)定國內(nèi)企業(yè)要想生產(chǎn)氣脹式救生衣氣密性面料,必須有國家頒發(fā)的生產(chǎn)許可證,嚴(yán)格按照國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局公布的《救生設(shè)備生產(chǎn)許可證實(shí)施細(xì)則(一)救生衣產(chǎn)品部分(2011新版)》實(shí)施。救生衣產(chǎn)品(含面料部分)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)文件(2011新版)是國際海事組織(IMO)頒布的《國際救生設(shè)備規(guī)則》(TheInternationalLife-savingApplianceCode,簡稱LSA)中的氣脹式救生衣部分以及第MSC.81(70)號(hào)決議及其修正決議MSC.200(80)和MSC.226(82)中的氣脹式救生衣部分。IMO的第MSC.81(70)號(hào)決議及其修正決議MSC.200(80)和MSC.226(82)中對(duì)于氣脹式救生衣的材料和本體部分指標(biāo)均作出了明確規(guī)定。對(duì)于TPU復(fù)合面料部分,該文件對(duì)撕破強(qiáng)力、剝離強(qiáng)度及水泡之后的剝離強(qiáng)度要求較高,以我國大陸地區(qū)現(xiàn)有的織物及工藝很難達(dá)到該文件規(guī)定的要求。主要瓶頸在于剝離強(qiáng)度與撕破強(qiáng)力的平衡問題和水泡之后剝離力的下降問題。3.1溫度和上膠量TPU-錦綸復(fù)合面料的生產(chǎn)流程要求先對(duì)基材錦綸織物進(jìn)行一遍預(yù)處理,然后再貼合TPU薄膜。預(yù)處理的溫度和上膠量對(duì)織物撕破強(qiáng)力的影響甚大。在一定的溫度和上膠量范圍內(nèi),隨著溫度的升高和上膠量的增大,對(duì)織物的綁紗效果越趨明顯,使得撕破強(qiáng)力降低,剝離強(qiáng)度增高。但溫度亦不能過高,否則會(huì)因?yàn)槟z本身的降解或者過度交聯(lián)而引起剝離強(qiáng)度的降低。這樣就形成一個(gè)矛盾,在一定范圍內(nèi),撕破強(qiáng)力高則剝離強(qiáng)度低,反之剝離強(qiáng)度高。3.2tpu-錦綸復(fù)合面料在不同溫度下的耐水洗性能表1是預(yù)處理溫度對(duì)231dtex強(qiáng)力紗牛津布TPU復(fù)合面料耐水泡性能影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。表1顯示,TPU復(fù)合面料的耐水泡性能除了與選用的原材料TPU顆粒有關(guān)外,還與預(yù)處理的溫度有很大關(guān)系。只有在特定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理才能保證復(fù)合面料在長時(shí)間水泡后TPU膠膜不會(huì)從基布上脫落下來,高于或者低于該溫度范圍均不能保證復(fù)合面料的耐水泡能力。例如,231dtex強(qiáng)力紗牛津布涂膠溫度一般控制在140~160℃之間,這樣才能保證TPU復(fù)合面料的剝離強(qiáng)度和長時(shí)間水泡后不出現(xiàn)膠膜分離的現(xiàn)象。涂膠溫度超過160℃時(shí),剝離強(qiáng)度和耐水泡能力反而降低,這可能是因?yàn)槟z本身的降解或者貼合前過度交聯(lián)造成的。國際上一般是使用231dtex強(qiáng)力紗錦綸織物或者更輕薄的織物作為救生衣氣囊的骨架材料。國外高強(qiáng)錦綸長絲的強(qiáng)度是7.2~7.9cN/dtex,國產(chǎn)高強(qiáng)錦綸長絲的強(qiáng)度是5.7~6.3cN/dtex,國產(chǎn)長絲的強(qiáng)度比國外產(chǎn)品低20%左右,故同樣重量的TPU-錦綸復(fù)合面料,國產(chǎn)產(chǎn)品就很難達(dá)到IMO第MSC.81(70)號(hào)決議及其修正決議MSC.200(80)和MSC.226(82)的要求。而對(duì)于出口產(chǎn)品的CE認(rèn)證和UL認(rèn)證,對(duì)撕破強(qiáng)力、熱合強(qiáng)力和耐水泡性能要求更高,我國目前產(chǎn)業(yè)用的231dtex強(qiáng)力紗錦綸織物更是難以達(dá)標(biāo)。4想法和建議針對(duì)上述問題,經(jīng)過試驗(yàn),筆者提出以下兩方面建議,以改善和提高氣脹式救生衣氣密性面料的性能。4.1高剝離強(qiáng)度紗線的選擇(1)針對(duì)IMO第MSC.81(70)號(hào)決議及其修正決議MSC.200(80)和MSC.226(82)中比較關(guān)鍵的關(guān)于撕破強(qiáng)力的規(guī)定,筆者認(rèn)為必須選用強(qiáng)度高的骨架織物(如231dtex高強(qiáng)錦綸6或者錦綸66長絲織造的牛津布)進(jìn)行加工,這樣才有可能達(dá)到指標(biāo)要求。表2列出了國內(nèi)工業(yè)上常見的231dtex錦綸6和錦綸66強(qiáng)力紗牛津布的一些主要性能指標(biāo)。最好是選用紗線交織點(diǎn)多的織物結(jié)構(gòu),因?yàn)榻豢楛c(diǎn)多的坯布涂膠后機(jī)械嵌套作用大于其他的組織結(jié)構(gòu),從而有利于剝離強(qiáng)度的提高?？椢锩芏茸詈眠x經(jīng)緯向根數(shù)差不多的織物,經(jīng)緯密度均衡的TPU復(fù)合面料耐壓能力較強(qiáng)。(2)預(yù)處理原料的選擇,在保證剝離強(qiáng)度的情況下盡可能選用綁紗效果不是很強(qiáng)而耐水解性能較好的膠料,這樣才有利于撕破強(qiáng)力和耐水泡性能的提高。TPU粒料的選擇亦是如此。4.2tpu膜復(fù)合面料的剝離強(qiáng)度現(xiàn)有的TPU-錦綸復(fù)合面料的預(yù)處理加工方式多為刮刀刮涂,其加工設(shè)備有一涂一烘涂層機(jī)和兩涂兩烘涂層機(jī)兩種。此種方式的生產(chǎn)線張力較大,刮刀涂布后膠料滲透較多,不利于撕破強(qiáng)力的提高?？梢钥紤]將底涂料盡量調(diào)稠一點(diǎn),在保證剝離強(qiáng)度的情況下盡量減少上膠量,涂薄一點(diǎn);或者改用轉(zhuǎn)移涂層的方式,讓底涂料從網(wǎng)線輥上或者離型紙上轉(zhuǎn)移到布上,減少對(duì)織物的滲透,提高撕破強(qiáng)力。表3給出了幾種不同的加工方式和參數(shù)對(duì)231dtex強(qiáng)力紗牛津布剝離強(qiáng)度和撕破強(qiáng)力的影響。由于氣密性TPU復(fù)合面料是由基布和TPU膜層通過黏合劑復(fù)合在一起的,要使其發(fā)揮良好的作用,基布與TPU膜層的剝離強(qiáng)度要高,以保證在氣囊脹起過程中不出現(xiàn)剝離破損、龜裂和裂紋等狀況。生產(chǎn)實(shí)踐證明,基布與TPU膜層間的剝離強(qiáng)度直接影響TPU復(fù)合面料的耐水泡性能。預(yù)處理的剝離力越高,耐水泡性能越好。因此,在滿足撕破強(qiáng)力的情況下,預(yù)處理剝離力越高越好。5救生衣的結(jié)構(gòu)目前在國內(nèi)的漁船、飛機(jī)和游輪等交通工具上,基本都配備了