聚氨酯涂层新技术

王一芳(中国纺织科学研究院 中纺新材料科技有限公司，天津武清 301700) [收稿日期]2004-06-03;[修订日期]2004-06-08

原载：《纺织科学研究》2004/6；52-55

[摘要]叙述了TPU（即热塑性聚氨酯）的优异性能，简述了加工特点，列出了加工难点并提供了解决方法；举例说明TPU涂覆具有广泛的使用领域。

[关键词]TPU:热塑性聚氨酯;涂层整理;加工特点;产品应用

[中图分类号]TS195·5+97[文献标识码]A[文章编号]1003-1308（2004）02-0052-05

1 引言

随着人们生活水平的提高、环保和健康意识的增强，人们对环保、无公害产品的追求愈来愈强烈，特别是在服装、家纺、旅游、运输等行业，对纺织特种材料的要求也越来越高。

传统的帐篷、旅游气垫、保健枕垫、吹气产品，多以纺织品为基材，涂覆橡胶或聚氯乙烯制成，但这两类材料的缺点较多。例如: 橡胶虽然具有一定的柔软性和弹性，但不具有加工的热可塑性，并且耐老化性也不好;而聚氯乙烯产品虽然应用较广泛，但在应用过程中遇低温时易脆化，在长期使

用过程中会发生增塑剂迁移，并且在加工过程中容易混入重金属等毒性物质，对周围环境造成污染。欧美发达国家已纷纷制定相关的环保标准，对于后一类材料的生产与使用加以限制，而且要求也越来越严格。因此，研究和开发环保无毒的功能性纺织品符合这一趋势的需要。

TPU(即热塑性聚氨酯)以其优良的物理、化学性能，以及优良的环保性能，结束了橡胶和聚氯乙烯在纺织品涂覆领域长期占主导地位的历史，在该领域内异军突起，并很快被国内外消费者所接受，现已发展起来。近年来，中国纺织科学研究院控股公司——中纺新材料科技有限公司引进国际上最先进的TPU挤出涂覆设备，对TPU薄膜的挤出复合工艺进行了广泛而深入地研究，已成功地开发出了TPU系列纺织品，并被大量应用于服装、医药、军工、运动休闲等方面。

2 TPU的特性

与其它热塑性弹性体相类似，TPU的分子结构决定了其性质。由于TPU分子中含有软链和硬链，使得TPU既具有柔性、又具有刚性。在加工过程中，其硬链软化，使得TPU可以被塑造成任何形状;而在冷却过程中，又能恢复其原有的刚性。

TPU的大部分硬链是由异氰酸酯类化合物组成的;而软链则是由各类羟基化合物组成的，范围比较广。因此，TPU的主要区别就在于软链的不同:是聚酯类，还是聚醚类?其中:聚醚类TPU具有很好的耐水解性和耐微生物侵蚀性，根据我们的实验，在70℃的热水中浸泡4周后，其弹性基本上没有变化，断裂强度也下降得很小；而聚酯类则具有极好的抗撕裂性和耐化学试剂(如耐各种酸碱、汽油等)的性能。

由于软链组成上的差异，对TPU物理性能的影响比较如下:

（1）抗拉强度 聚酯类＞聚醚类

（2）抗撕裂强度 聚酯类＞聚醚类

（3）耐磨损性 聚酯类＞聚醚类

（4）耐药性 聚酯类＞聚醚类

（5）抗菌性 聚酯类＞聚醚类

（6）密度 聚酯类＜聚醚类

（7）低温弹性 聚酯类＜聚醚类

（8）耐水性 聚酯类＜聚醚类

（9）耐老化性 聚酯类＞聚醚类

（10）耐油性 聚酯类＞聚醚类

此外，有些品种的TPU分子上带有大量的亲水基团，因而具有极强的亲水性。用这类TPU制成的薄膜，不但具有很好的耐水性，而且还具有良好的透汽能力。

影响TPU性质的第三个因素是分子链的大小和长短。前者决定着分子量的大小，而后者则影响到聚合物的软硬。

综合来看，TPU具有以下特性:

①耐磨性优;②韧性高，强度大，抗拉性佳;③重复疲劳性优;④耐油性好;⑤弹性佳;⑥耐寒性高;⑦无须添加可塑剂;⑧无毒性，符合环保要求;⑨适合高周波焊缝热压。

表1是我们将市场上某一牌号的TPU与橡胶弹性体所做的比较。

表l TPU与橡胶弹性体的材料性能比较

	TPU薄膜	PVC	LDPE	天然橡胶	氯丁橡胶
硬度	70-97A	40-90 A	90-95A	30-95A	40-95A
比重	1.1-1.3	1.3-1.4	0.9-1.0	0.9-1.5	1.2
断裂延伸率(%)	400-600	200-400	200-600	100-800	100-700
抗拉强度PSI(000)	4-10	1-3	1-2	1-4	l-3
耐低温性	优	较差	良	优	良
耐摩擦性	优	一般	差	良	良
抗撕裂性	优	一般	差	良	良
耐油性	良	较好	一般	差	较好
耐臭氧性	优	优	优	差	良
耐水性	优	良	优	良	良
可热封性	可	可	可	否	否
可热合性	可	可	可	否	否
可溶剂粘合性	可	可	可	否	否
可超声波焊缝性	可	可	可	否	否

3 TPU的加工特点、

3.1加工工艺

TPU的主要加工工艺有挤出和注塑两种。挤出工艺经常被应用在纺织品的后加工上，通常是将TPU颗粒经挤出、流延成膜；或者挤出吹膜后，将得到的、各种厚度的薄膜复合到不同的纺织品上，从而得到具有防水透湿功能的织物或者是气密性织物。

中纺新材料科技有限公司引进的TPU挤出涂覆生产线，在纺织品的加工生产过程中更具有先进性:

首先，它克服了传统涂层加工过程中需大量使用溶剂的缺点，大大减少了对环境的污染，降低了生产成本，减轻了对人身健康的威胁。在整个TPU的挤出涂覆过程中，不使用任何溶剂，而是直接将TPU颗粒料投入生产线，经螺杆熔融挤压、由模口挤出成膜后与纺织品层压复合。

其次，一般TPU复合产品的加工，是先将TPU制成薄膜，再到复合工厂将薄膜与纺织品复合，需两道工序。而这条生产线将"挤出成膜"与"复合加工"合二为一，减少了加工工序和流通环节，提高了生产效率。

3.2 TPU在选择和加工过程中应注意的问题

3.2.1粒料的选择

由于TPU的种类繁多，其性能指标的差异也颇大，所适合的加工方法就不尽相同，在选择时首先应注意硬度和熔融流动指数这两个参数。一般来讲，某一挤出机对这两个参数有着特定范围的要求，挤出机不同时，要求也并不一样，因此许多厂商在产品规格中详细地列明了这两个参数数值。

另外，对其它参数的选择，如耐磨性、抗水解性、耐低温性、抗紫外线性、抗微生物侵蚀性等，也应根据对产品的不同要求而给以足够重视。

3.2.2 粒料的干燥

由于TPU具有较强的吸湿性，一般含水量为0.3%-0.5%，而如此高的含水量肯定会严重地影响TPU的成膜性和成膜后的产品质量。一般而言，TPU在挤出加工时，含水量必须控制在0.05%以下，因此，在挤出加工前必须对其进行充分干燥。通常情况下，应该在l00-110℃的条件下连续干燥2-3h。

3.3 TPU挤出流延工艺的要点

(1)成型温度。流延薄膜的挤出成型温度主要取决于所用的原料。一般说来，挤出温度应比吹膜工艺高10-50℃。

(2)模头温度。模头温度的波动将直接影响薄膜质量。为此，首先应设定合适的温度，另外还要保证模头的整个宽度方向加热均匀，使物料的流动性一致。

(3)模口间隙和气隙。模口间隙和气隙(模口到冷却辊、压力辊接触线之间的距离)都是控制薄膜厚度以及均匀性的重要因素，一般应根据薄膜的厚度设定相应的模口间隙。在生产过程中，如果出现薄膜厚度不均匀的现象，可利用机头模口上的压紧螺钉对模口间隙做出微凋。通常情况下，模口间隙一经确定就不再改动，因为还可以通过调整螺杆转速(即挤出量与车速的比率)来调整薄膜的厚度。

气隙要控制在最小程度，原因在于TPU从模口挤出时呈熔融状态，若气隙过大，会使TPU受到外界因素的影响而产生波动，导致薄膜质量发生变化。在挤出涂覆工艺中，若气隙大，薄膜的热损失就大，在贴合接触点薄膜温度就低，涂覆牢度就差。一般来讲，气隙以控制在50-l0mm之间为宜。

(4)冷却成型条件。在冷却成型过程中，其关键是使熔融TPU与冷却辊表面紧密贴合，贴辊效果对薄膜的外观和物理性能有着直接影响。

冷却辊转速的稳定，也是保证薄膜厚度均匀的重要条件之一。冷却辊的作用，是使从模头挤出的薄膜达到均匀地冷却，在螺杆转速已确定时，薄膜厚度也随冷却辊牵引速度的改变而改变。因此，冷却辊的转速一定要保持稳定。

4 TPU挤出涂覆中遇到的问题和解决方法

4.1粘结不良

(1)由于树脂表面氧化不充分而导致的粘结不良，可通过提高树脂温度或者降低收卷速度来解决。通常在同样的温度与挤出速度条件下进行挤出时，降低薄膜厚度或提高收卷速度都会使粘结力降低。在同样的加工温度下，MFI(熔融流动指数)越高，密度越低，越易于进行氧化。

(2)当树脂与基布贴合时的温度过低时，可提高薄膜的挤出温度，降低气隙，对基布进行预热，同时注意模口位置不要靠近冷却辊一侧。

(3)当压辊压力不足时，应适当提高压辊的压力。

4.2 薄膜厚薄不均匀、纹理不良

(1)模口间隙不均匀。应定期用塞尺对模口间隙进行检查并及时加以调整，便之保持均匀。

(2)模口上有异物附着，通常都是一些碳化物。在高温加工过程中，模口部位的树脂容易发生降解碳化，附着在模口上，要定期进行清理。

(3)压辊压力不均匀。应及时检查、调整，保证压力均匀。

4.3 凝胶化及鱼眼纹

(1)树脂温度不恰当。应调整到适当温度。

(2)在颗粒料中混进了其它种类或不同密度、不同MFI的树脂。不要将不同种类的树脂混到原料中去。

(3)更换树脂时的冲洗工作不充分。每次更换时，应进行充分冲洗。

4.4 复合材料皱折

主要原因是基布位置歪斜。应使用纠偏系统，及时调整基布位置。

5 应用举例

TPU涂覆产品的应用范围非常广泛，人们已逐渐将其深人到家用、装饰、医疗、环保、农业、建筑、地质、交通、工具、包装、休闲、防护工业等多方领域，并受到化学工业、汽车工业、机械工业、纺织服饰、技术衣着等行业的高度重视。现已开发的产品用途主要有:

(1)鞋类: 运动鞋、登山鞋、雪地鞋等的面里料。

(2)成衣类: 风雨衣、防寒服、野战服等的面里料。

(3)医疗类: 手术衣、帽、鞋，医用床垫、冰袋、氧气袋、按摩气床等的面里料。

(4)国防用品: 防化服、野战帐篷、备战水袋、救生衣、冲气艇、气枕、气垫等的面里料。

(5)运动休闲用品: 充气床、潜水衣、充气泡棉垫、户外自动充气床垫等的面里料。

(6)家纺用品: 床单、桌巾、浴帘、围裙等的面里料。

(7)其它: 汽车座套、篷盖布等。

目前，国内市场上的TPU复合产品主要有以下两大系列:

5.1 防水透湿系列

在各种不同底布上涂覆20-25μm的TPU薄膜，水压大于lOm，透湿量为1500-4000)g/m²·24h，能提供较佳的排汗、防风、防水效果，保持人体的干爽舒适，可做成三明治产品。主要用于风雨衣、登山服、钓鱼装、防寒服、抗菌服、桌布、帐篷、鞋帽等方面。

5.2 充气系列

在各类高强度涤纶或尼龙布上涂覆厚薄均匀的TPU薄膜，具有良好的气密性和焊接性能，热合牢度可达到200 N/2.5cm以上。主要用于生产各种水床、水袋、气枕、气垫、救生衣以及广告充气产品。

6 结束语

TPU薄膜是一种抗张强度高、柔软特性好的弹性体胶膜，其贴合性极佳，还耐磨、耐低温、不龟裂、不易从基布表面脱落，并具有防水、透气、透湿等特性; 此外，更有可分解性，符合环保要求，埋于土壤中5-10年之后，就可以被水解为无毒性物质。因该类产品适应世界环保潮流，可以取代PVC，其用途广泛，尤其在纺织物的贴合加工方面，所以己被欧美许多国家大量使用。