9嘉兴学院纺织导论第九章 涂层织物的基本概念及成型原理薛元.docx

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9嘉兴学院纺织导论第九章涂层织物的基本概念及成型原理薛元

第九章涂层织物的概念及加工方法

本章知识要点

理解涂层织物的概念，了解涂层织物的结构及其组成物，掌握各种涂层织物生产加工过程及其工艺原理。

了解涂层织物产品的性能与特点。

涂层织物是通过在机织或针织基布的一面或两面覆盖一层以上的人造或天然高聚物薄膜而组成。

由于高聚物薄膜的介入，复合后纺织品的性能发生明显变化，很多功能得到强化和提升，或增添新的功能，因而开拓了纺织品的新用途。

涂层织物在交通运输、建筑以及安全防护系统等领域中已得到广泛应用。

第一节涂层织物的组成与生产原材料

涂层织物一般由机织物基布涂敷树脂或橡胶等涂层材料而制成，如图9-1所示。

涂层织物的强度和弹性性能主要取决于基布，而其它性能如防火、防水、耐久性、自洁性、抗紫外线侵蚀以及对机械、化学等因素的不敏感性都必须依靠涂层来加强。

图9-1涂层织物的基本构成

在生产实践中，通过应用适当的聚合物成分配方，可使涂层织物的强力和其它性能得到改善。

用来涂层的纤维和织物的选择取决于涂层类型和所要求的最终使用性能。

性能标准通常根据下列各方面的要求建立：

织物纵横向的强力（包括拉伸强力和撕破强力）、耐磨牢度、硬挺度、尺寸稳定性、热稳定性、耐化学性、防水性、透气性等，为满足上述各种性能方面的要求，需要适当选择纤维、织物结构和涂层聚合物。

一、用于涂层的纤维和织物

机织物、针织物、簇绒织物、非织造物都可用于涂层。

机织物可以是平纹、斜纹或缎纹结构；针织物可以是经编织物或经整理和切开的圆筒型针织物，切边要用树脂处理以防止脱圈；非织造物可以是缝编织物、纺粘织物或针刺织物；簇绒织物本身是在背面涂层以防止簇绒散开并保持尺寸稳定。

对于涂层织物来说，纤维、纱线特数、织造形式的选择都决定了织物的性能，纱线和织物结构影响了涂层的耐久性。

由于不同纤维的机械粘附和化学粘附性有很大不同，因此在与聚合物粘合时，纤维的选择是很关键的。

如果是合成纤维，对涂层织物而言，用短纤纱结构与用长丝纱比较，其机械性能也是不同的。

1、棉

棉织物是涂层用的传统的基本原料。

目前由于合成纤维的使用，使得棉织物在该方面的应用日趋减少，因为合成纤维织物比纯棉有更好的强力性能。

棉织物的优势在于成本低、用途广、有良好的涂层粘合性能、良好的尺寸稳定性；它的缺点是低延伸性、易腐烂、耐酸性差、耐气候性差、易弯曲裂开、吸震性能差。

棉织物有中等程度的耐磨性，其伸长性可以用纬编针织结构来改善。

涂层前要先除去棉织物上的浆料，棉也可与涤纶混纺用于轻薄涂层织物以改进其使用性能。

2、人造纤维

虽然人造纤维织物比棉织物具有更高的撕破强力，但在涂层织物上的应用正在不断减少，只需少量涂层人造纤维织物就能满足市场需求。

人造纤维织物（包括高强纤维织物）的主要缺点是其湿缩率和耐气候性较差。

3、尼龙

尼龙由于它的高强度，其织物比棉和人造纤维织物有更多的优点，如有很高的耐磨牢度、撕破强力和拉伸强力。

因尼龙织物具有高强度、高韧性度及很好的柔韧性、防水性和耐用性使其被广泛用于轻薄涂层织物。

涂层尼龙织物可用作救生衣、可充气的医用产品、个人漂浮工具、卡车用油布、机器盖布、帐篷、游泳池罩、衬垫和灌溉用水管等。

由于是轻薄织物涂层,所以其运输方便。

可充气结构物和可充气的橡胶雷达罩已在军事上广泛使用。

长丝尼龙坯布也可用来涂层。

在织物涂层前要进行称为“粘合层”的预处理,通常是以溶剂为基底，可以提高与涂层化合物的粘合力。

尼龙短纤和棉的混纺织物经过伪装印花、防火处理和防水处理后的涂层织物通常被用作军用帐篷。

4、聚酯纤维

聚酯纤维具有很高的模量、较低的伸长性和应力衰减率。

聚酯织物在涂层上的应用兵日趋广泛，虽然它的耐磨牢度比尼龙织物稍低，但可得到与尼龙相似的柔韧的涂层并有高的拉伸强力和撕破强力。

改进打底方法及纱线生产方式，可使涂层化合物与聚酯纤维有更好的粘合力，并使织物尺寸稳定性得以改善。

和尼龙一样，聚醋长丝纱也能在坯布阶段就用于涂层，聚酯纤维常与棉棍纺用于轻薄织物涂层。

经过稳定性和防水处理的涂层聚酯非织造织物广泛应用于户外装饰市场。

5、丙纶

丙纶具有良好的机械性能，但其热稳定性差。

它通常被用作与烯烃纤维层合或烯烃熔融涂层。

它有很大的应力衰减性，涂层粘合性差，这些都限制了它的用途。

丙纶织物在地毯工业中用来替代黄麻底布得到广泛应用。

用尼龙或涤纤纱簇绒生产的丙纶织物地毯常在背面涂层，以使其尺寸稳定。

6、其它纤维

玻璃纤维、诺梅克斯纤维、凯夫拉尔纤维和石墨纤维用于需要高性能的复合材料的涂层。

这些纤维具有固有的阻燃性，有一定的使用价值，但含有阻燃剂组分的聚酯或尼龙纤维限制了昂贵的高性能纤维在涂层领域的使用。

缝编型、纺粘型或针刺型非织造布可用作涂层和薄膜层合的基布。

如何选择纤维的组合和粘合剂的类型，取决于产品的最终用途。

某些非织造布其纤维随机分布以保证均衡的强力和断裂伸长率，这种基布为压花提供了良好的撕破强力、柔韧性和光滑的表面及无接头的织造外观。

它们也能以合适的成本提供高的厚重比，能轧光、压合或对乙烯基薄膜电热熔焊。

二、涂层用聚合物和助剂

涂层聚合物或混和聚合物的选择，取决于产品的最终用途。

涂层聚合物除了给予其所需性质和性能特点的基础聚合物外，还含有不同的成分。

随着需求的增加，涂层复合物也经常通过加入新的化学药剂来改性，以满足涂层织物最终用途的要求。

能够作涂层用的基础聚合物可以是天然橡胶、合成橡胶或橡胶状聚合物。

高聚物如纤维素酯、醚、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸、聚氯乙烯、偏二氯乙烯、聚氨基甲酸酯及天然和合成弹性材料和橡胶类等都可用作配料。

目前应用较多的是丙烯酸脂类和聚氨酯类聚合物。

为生产涂层用复合物，混和各种化学试剂的过程称为配料操作。

这种配料可以在涂层工厂里进行，或从供应商那里作为复合产品购买。

复合化学试剂和填充剂的选择取决于最终产品的需求，在涂层配方中，除了聚合物、树脂和填充料，也包括其它添加剂，如阻燃剂、增稠剂和着色剂等。

1、丙烯酸聚合物

织物涂层的主要用剂，它有如下优点：

（1）耐日光和气候牢度好，不易泛黄；

（2）透明度及共溶性好，有利于生产有色涂层产品；（3）耐洗性好（包括干洗）；（4）粘着力强；（5）成本较低。

它有如下缺点：

（1）弹性差，易折皱；

（2）表面光洁度差；（3）手感难以调节。

目前常用的聚丙烯酸一般均由硬组分如丙烯酸甲脂和软组分如丙烯酸丁脂等共聚而成，硬组分偏高则表面滑爽，但手感粗硬；软组分较多虽手感柔软但表面发粘。

最近几年，丙烯酸聚合物乳剂被广泛用于低温烘熔中，使用时具有较低的玻璃化温度，这种相同类型的聚合物也已发展应用于对压力敏感的粘合剂。

2、聚氨酯泡沫塑料

生产聚氨酯泡沫塑料最常用的二异氰酸酯是TDI或甲苯二异氰酸醋。

这种单体有两个异氨酸（－N=C=O）反应基，它能与聚羟基化合物或多元醇迅速反应生成聚氨基甲酸酯，这种多元醇在商业上常称为聚酯或聚醚，在有水或发泡剂存在的情况下形成泡沫,常用聚酯生产柔性泡沫体，而用聚醚生产刚性泡沫体。

现在泡沫状聚氨酯的最大市场是用于外衣的热绝缘。

它们是通过热熔化或火焰层压粘合，或使用粘合剂与织物粘合，当与柔软的针织物粘合时会特别成功。

3、氨基甲酸乙酯涂层树脂

聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯树脂多用于涂层、清漆、油漆，在这些涂料中不必加入发泡剂。

聚氨基甲酸酯的水状分散剂常用于涂层配方，它具有如下优点：

（1）涂层柔软并有弹性；

（2）涂层强度好，可用于很薄的涂层；（3）涂层多孔性，具有透湿和透气性能；（4）耐磨、耐温和耐干洗。

其缺点是：

（1）成本较高；

（2）耐气候性差；（3）遇水、热、碱要水解。

通过在配方中加入阻燃剂可生产具有阻燃性能的涂层织物。

聚氨酯涂层织物品种主要有弹性好的薄形织物和仿羊皮等。

4、有机硅（聚硅氧烷）类涂层剂

聚硅氧烷类化合物的主链由硅氧键连接而成，而硅原子上又接有烷基，苯基等构成的侧链，故其具有半无机半有机的高分子结构。

构成聚硅氧烷主链的Si—O—Si链的键角较大，原子与原子之间的距离较长，具有较大的自由度。

此外，Si—O键长达0.193nm，这样使得聚二甲基硅氧烷类为代表的聚硅氧烷类化合物不易发生结晶化，容易透过氧气，氮气甚至水蒸气分子，用其处理后的织物具有良好的透气、透湿性。

有机硅类涂层剂主要由具有活性基团的聚硅氧烷弹性体组成，在金属盐或有机酸盐的作用下可以进行交联反应。

采用不同的聚硅氧烷弹性体和不同的催化剂能使涂层纺织品具有不同的性能和风格。

Dow-Corning公司的涂层剂主要以高分子量的聚二甲基硅氧烷弹性体为基础，为提高其粘合性能，采用引入交联基团的方法。

将有机硅弹性体与其它涂层高聚物混合使用，可改善其它涂层胶的手感、透气性和耐磨损等性能。

有机硅弹性体与其它涂层剂混合是涂层加工的发展方向，很多科研都集中这一领域的研究。

5、氟化物

各种含氟聚合物多用于有特殊性质要求的产品，其中的一些产品有：

聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、三氟氯乙烯和二氯乙烯共聚体、聚氟丙烯和氟乙烯共聚体等。

3M公司的Scotchgard®牌聚和物和杜邦公司的特氟纶都是氟化物橡胶，用于毛毯和织物的保护整理。

VitonA用于涂层有极好的抗热性、能承受600°F的高温，在上升的温度中它具有优越的抗化学性、抗溶剂性、抗燃烧性和耐润滑剂性。

6、填充料

涂层混合物中所用的填充料的种类和数量取决于最终织物的用途。

填充料分成活性和惰性两种。

一般填充料均为惰性，用来改变织物的物理性质，如撕破强力、拉伸强力、耐磨损性等。

惰性填充料有滑石、炭黑、高岭土、碳酸钙、碳酸钡、硫酸镁和氧化锌，纯二氧化硅通常被认为是活性填充料，而硅酸钙则为半活性填充料，加入的无机和有机阻燃剂通常也在混合物中充当填充料。

第二节涂层织物的加工方法

目前有很多种方法和机器用于高分子组合涂料对纺织品底布的涂层。

任何一个流程的选择在很大程度上依据涂层织物最终用途的要求，同时也受到涂层和基布的物理与机械特性的影响，另外还要考虑加工过程中的经济性。

尽管大部分基布不需要进行预处理就可涂层，但有些基布必须在涂层前先经过准备工序。

例如使用棉或棉/涤混纺底布时，就必须经过退浆、漂白、染色、热定形等预处理。

尼龙长丝和涤纶拆丝织物常用坯布直接涂层，用作室外保护的覆盖布，但在特定的极限条件下使用时，涂层前必须经过洗涤和热定型等工序。

涂层之后，织物需通过烘箱处理。

在烘箱内过剩的溶剂（若有的话）被蒸发，树脂被固化。

在溶剂蒸发和树脂固化时常用较低温度，接着采用较高温度完成焙固。

为使涂层厚度达到要求，需多次通过涂层机，最后再通过烘箱在较高温度下焙固。

涂层工艺方法大致有如下几种：

1、浸渍涂层工艺；2、辊涂工艺；3、刀涂工艺；4、流延贴合工艺；5、层压贴合工艺。

图9-2给出了涂层机的工艺简图和加工技术原理。

图9-2涂层机工艺简图和加工技术原理

一、浸渍涂层工艺

如图9-3所示，浸渍涂层工艺是指将基布导入导出浸渍槽后，用压辊压榨掉其上多余的涂料，使涂料均匀涂覆在基布的表面，然后经烘干工序在基布的两面形成涂层的方法。

图9-3浸渍涂层工艺

二、辊涂工艺

辊涂法是用数个滚简将涂料糊边转移边涂敷在基布上的方法，它又可分为正向辊涂法、反向辊涂法和凹版辊涂法等形式。

反向辊涂法如图9-4（a）所示，它由上下两个辊构成，下辊的一部分浸渍在涂料中，在其旋转作用下，辊面上不断地拾取一定量的涂料，并传递给上辊。

上辊的旋转与基布运动方向相反，靠摩擦将涂料涂覆在织物基布上。

凹版辊涂法如图9-4（b）所示，它采用辊筒印花原理，将雕刻的凹版涂层辊与涂料槽接触，拾取涂料，辊上多余的涂料用刮刀刮去，而凹部里的涂料糊在通过加压辊时，被定量转移到基布上。

三、刀涂工艺

刀涂法是用各类刮刀在基布上涂敷—定量的涂料的方法，如图9-5所示。

在这种涂层工艺中，涂层的厚度由刮刀与基布之间的间隙来调整，用此方法可以对膜材料的正反两面涂敷不同材质的涂层。

四、流延贴合工艺

将塑化的树脂糊，在一组加热辊简的相向转动中滚压挤成薄膜，然后立即与基布贴合，再经轧花，冷却后即可制得所需膜材料（图9-6）。

用此方法可以进行较厚的涂层加工，而且可以比较准确地调整涂层的厚度。

五、层压贴合工艺

将已制成的各类薄膜材料，通过粘合或热压等方法贴合在膜材料或基布上的一种涂层工艺，如图9-7所示。

该方法流程、设备简单，环境条件好。

另外贴合时还可添加一些粘合剂，以增加贴合的牢度。

贴合方式有三种：

擦胶法、内贴法和外贴法。

贴合产品具有较好的抗撕裂延展性能，但比压延产品更容易发生贴合层与基布的分离现象。

图9-4浸渍涂层工艺图9-5刀涂工艺

图9-6流延贴合工艺图9-7层压贴合工艺

第三节涂层织物产品

涂层织物产品种类繁多，用途十分广泛，目前的主要产品有防水透湿涂层、各种防护功能涂层、防羽绒涂层、遮光涂层和仿皮革涂层等。

一、防水透湿织物

通常，纺织面料能透湿、不防水，而多数涂层织物能防水、不透湿，因此，服装面料兼有透湿、防水两种功能是非常重要的。

防水透湿织物是一种经PU涂层或贴膜（TPU、PTFE、PU等）的“可呼吸面料”，集透汽透湿、防水、防风、防雨、防雪于一体，既能让人体产生之热气、汗液透过面料及时排出，又能完全抵御外界雨水、大风、雪水，使身体保持长久的干爽、舒适，广泛应用于滑雪装、雨衣、航海服、钓鱼装、骑马服、赛车服、摩托服、军警服装等。

图9－8所示为织物防水透湿原理及产品。

图9－8织物防水透湿原理及产品

二、阻燃织物

普通面料一般都可以燃烧，而且会迅速扩展蔓延，造成人体及财物的严重损害。

经过阻燃涂层处理的织物具有良好的阻燃性能，在明火点燃情况下不产生燃烧，离开明火后，面料燃烧迅速碳化形成隔离层，不再继续燃烧，从而达到安全防火目的。

具有不熔滴、效果持久、无毒、无腐蚀、稳定性好等优良特性，可应用于家庭、宾馆、歌剧院等装饰用布以及冶金、化工、机械、军事等阻燃防护服。

图9－9所示为涂层阻燃织物服装。

三、防紫外线织物

紫外线照射不仅使纺织品褪色、脆化，强度降低，还可使皮肤变红，产生黑色素和色斑，影响皮下弹性纤维，使皮肤失去弹性，产生皱纹，更严重时还会诱发癌变。

经过防紫外线处理的织物，对180－400m波段的紫外线，特别是UV-A，UV-B有良好的吸收和发射作用，屏蔽性强，极大提高了纺织品的耐光色老度、强度，大大增强纺织品的紫外线屏蔽性能，能对人体产生有效防护，耐洗涤性良好，特别适用于野外工作服、高原服、及太阳伞等。

图9－10所示为涂层抗紫外线织物服装。

图9－9涂层阻燃织物服装图9－10涂层抗紫外线织物服装

四、回归反射织物

回归反射织物又称高可视织物，是一种具有特殊光学性能的涂层织物，具有强烈的视觉效果，可以使极远处目标或黑暗中目标产生强烈的反射光线，产生良好的警示和安全预防作用，主要应用于交通警服、消防服、马路工作服、救生衣等。

图9－11所示为涂层高可视织物服装。

图9－11涂层高可视织物服装

五．涂层装饰织物

涂层装饰织物主要指室内装饰用织物，包括家庭、公共场所、以及车、船、飞机等交通运输工具内部所用的织物。

其中涂层加工应用较多的有窗帘、家具面料、地毯和贴墙布。

对于窗帘通常要求有较好的遮光效果，遮光涂层织物是在织物表面刮涂多层混有色浆的树脂，经焙固后，在织物表面形成一层连续的高聚合物树脂薄膜，使光不透过，从而达到遮光的效果。

图9－12、8－13、8－14所示分别为涂层家具装饰织物，涂层地毯、墙面装饰布以及遮光窗帘织物。

图9－12涂层家具装饰织物

图9－13涂层地毯、墙面装饰布

图9－14遮光窗帘织物

六．“三防”涂层织物

三防涂层织物又称特氟隆（Teflon）面料，是指普通面料经杜邦Dupont公司Teflon助剂处理后，具有优异的防水、防油、防污功能，保持面料干净、整洁。

根据耐水洗强度，可分为普通特氟隆、超强特氟隆（Hi-Teflon）。

超强特氟隆可耐水洗20次后，仍能达到90分，水洗前可以达到100分，几乎与荷叶效果一样。

大多数普通面料都可以进行特氟隆处理，提高其三防功能。

产品主要应用于如雨衣、运动装、帐篷、滑雪装等。

8－15所示为特氟隆涂层织物。

图9－15特氟隆涂层织物

七．皮膜涂层织物

通过对织物表面进行压光和涂层，使织物表面形成皮膜，完全改变织物的风格。

一般皮膜面做成服装的正面，有皮衣的风格。

有亚光和有光两种，并可在涂层中添加各种颜色做成彩色皮膜，非常漂亮。

8－16所示为皮膜涂层织物服装。

图9－16皮膜涂层织物服装

八、产业用涂层织物

指用于工业、农业、商业和交通运输业的涂层织物，在产业用涂层织物中，基布起骨架作用，承担复合材料的抗张强力、撕裂强力、尺寸稳定性的作用；涂层剂或复合膜材又保护基布、发挥材料特性（如防雨、不透气、透光、保持鲜艳色彩不褪色）等功能，涂层工艺就是讲基布和涂层剂两者层压结合为一体。

8－17所示分别为用于充气救生艇和建筑工程用结构膜材。

图－17充气救生艇和建筑工程用结构膜材

思考题

⑴简述涂层织物的定义及其组成。

⑵涂层织物的基布有几大类？

主要特点是什么？

⑶常用的织物涂层剂有有什么特点？

⑷简述涂层织物的加工方法。

⑸简述涂层织物的主要产品。

实训题

⑴市场调查，在我们日常生活环境中，哪些地方使用了涂层织物材料？

⑵做切片，用显微镜观察涂层织物的切面结构，分析判断样品是单面涂层、双面涂层还是多层层合结构？