PVC(聚氯乙烯)涂层织物的替代材料研究yd11401
乐莹 东华大学纺织学院 上海200162
收稿日期：2009-01-1 3
作者简介：乐莹(1983-)，女，硕士研究生
原载：染整技术2009/7；11
【摘要】Polyvinyl chloride(聚氯乙烯，下简称PVC)是纺织品涂层主要用的塑料之一，因其低廉的价格，高阻燃性，强气密性以及良好的焊接性被广泛用于各类涂层织物[1]。然而PVC正受到以绿色和平为主的环境保护组织的攻击，它们对自然环境以及人体健康的危害受到越来越多的关注。因此人们正寻求能替代PVC的涂层织物，文章将针对PVC涂层织物的可焊接性对其替代材料进行分析。
【关键词】聚氯乙烯；可焊接性；热塑性聚氨酯；乙烯-醋酸乙烯共聚物
【中图分类号】TSl95，597文献标识码：B文章编号：1005-9350(2009)
PVC涂层织物具有价格低廉，阻燃性高，气密性强及焊接性好等诸多优点，然而人们越来越关注PVC对环境以及人体造成的危害。事实上，氯是PVC所含最主要的元素之一，PVC的含氯量约为57％。为了达到使用目的，在生产过程中必须
加入各种添加剂，如增塑剂、稳定剂等等。这两个主要原因给PVC的生命周期的每一个阶段都带来很多危害，其中受到关注的是增塑剂邻苯二甲酸(下简称phthalate)在PVC中大量使用。Phthalate已被证实对人体的生殖系统具有破坏作用，被REACH法规列为2级CMR物质(CMR物质表示导致癌症的、致基因突变的、有生殖毒性的物质)。PVC产品因大量含氯而在使用后被焚烧的过程中产生致癌物质二恶因。
目前PVC物质的危害还未受到中国消费者的广泛关注，但是由于欧盟REACH法规的颁布，中国的生产厂家已经开始同应欧洲市场的需求研发替代材料。PVC涂层织物的可焊接性对其替代材料提供了挑战，本文将针对PVC涂层织物在各种
焊接技术应用下提出可行替代材料并进行分析与展望。
1 塑料焊接技术
塑料焊接是将两部分塑料利用焊接技术融合在一起的过程。焊接技术为成品提供了很好的密闭性和防水性。但是只有热塑性的塑料才可以被焊接。而不同种类的塑料焊接技术对材料具有不同的要求。并非所有的热塑性塑料都适于各种焊接技术。PVC涂层纺织品一般的应用领域为热板焊接和高频焊接。
1.1 热板焊接
热板焊接是比较简单的塑料焊接技术，但这种方式特别适合于需要大面积焊接面的大型塑料件的焊接，一般是用平面电热板将需焊接的两平面熔融软化后迅速移去电热板合并两平面并加力至冷却。其原理是利用平板的热量使被焊材料受热而熔融，冷却后材料重新定型。这种技术应用在焊接部分比较规则，面积很大的产品上，例如自充气床垫。
热板焊接对材料没有特别大的特性约束。理论上说，凡是热塑性的材料都可用此焊接方式焊接。然而，焊接的三要素很重要：温度，压力，时间。在替代材料的选择上，一定要充分考虑三者的关系，焊接过程的成本，以及成品的最终性能。
目前，比较成熟的替代品为热塑性聚氨酯涂层织物以及热塑性聚氨酯薄膜层压织物(前者以下简称PU涂层，后者TPU层压，以示区分)。在很多场合，这两者容易被混淆。其实区别在于前者为涂层织物，后者为层压织物，其生产工艺不同，纺织协会出版物《纺织术语与定义》认为涂层纺织品为“一种纺织品，涂层黏合材料在织物一面或正、反两面原位形成单层或多层涂层”。层压织物为“由两层或两层以上的材料组成，其中至少有一层是纺织品。层与层之间通过外加的黏合剂或组成材料自身的黏性紧密地黏合在一起”[1]。
一般用于热焊接的热塑性PU涂层织物都要经过四至五层的涂层，以确保有足够的材料在焊接过程中受热熔融。这里强调热塑性是因为有些用于织物涂层的PU是非热塑性的。是否为热塑性是由原料种类与是否添加交联剂决定的，一般经过交联化的非热塑性涂层具有更好的耐磨性和耐水洗性能。
比起热塑性PU涂层织物，TPU薄膜层压织物具有更好的气密性和焊接均匀性。一般薄膜的厚度达到
1.2 高频焊接
高频焊接利用电磁感应原理高频感应加热技术，在快速交变电场中，被焊塑料的极性基团高速振动产生热量而使需焊接部位迅速软化熔融，继而填充接口间隙。高频焊接技术高速高效，成本低廉，操作简单，而PVC的低成本及优良的高频焊接性导致了PVC涂层织物在这个技术领域占据非常优势的地位。
高频焊接技术要求被焊材料具有强极性基团，只有介电常数较高的少数材料才可以进行高频焊接。这些材料包括聚氯乙烯、聚氨酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(以下简称EVA)及某些ABS树脂，作为涂层或层
压材料，只有TPU与EVA才能被考虑为PVC的替代材料。
然而，焊接实验证明，EVA的高频焊接非常困难。电流强度，焊接时间高于PVC和TPU且焊接强度不理想。表1为PVC膜、TCU膜与EVA膜的高频焊接对比实验结果。
表1 高频焊接实验最优参数及其对应焊接强度
|
|
电流强度/A |
时间/S |
压强/MPa |
焊接部分 |
|
PVC膜/ |
0.6 |
1.5 |
0.6 |
240 |
|
EVA膜/ |
0.9 |
4 |
0.6 |
49.1 |
|
TPU膜/ |
0.6 |
2 |
0.6 |
410 |
TPU的高频焊接性可与PVC媲美，且TPU具有良好的低温柔韧性，常温下具有弹性，耐磨性，在技术性能上能完全替代PVC甚至更优于PVCl但是TPU的价格成本要大大高于PVC，通常情况下，TPU的原材料颗粒的价格是PVC的4至6倍。但是人们在使用TPU时会考虑到其优异性能而减少用量。表2为同样厚度PVC与TPU的一些物理性能比较。
表2 TPU膜与PVC膜的物理性能测试结果
|
测试项目 |
测试标准 |
PVC膜/ |
TPU膜/ |
|
断裂强度/N |
ISO 527 |
444 |
963 |
|
撕破强度/N |
ISO 13937 |
30 |
100 |
|
耐磨性/（圈） |
ISO 12947 |
700 |
3300 |
|
抗穿破性/N |
En 388 |
14 |
48 |
注：耐磨性测试采用磨头为
2 结束语
PVC涂层织物在热板焊接与高频焊接应用领域中仍然具有很重要的地位，但是其替代材料的研究还在进行，PU涂层织物与TPU层压织物是目前较为成熟的替代材料，其焊接性能佳，成品质量稳定，唯一的缺点是价格偏高，在一些中低档的产品中无法实现替代。EVA层压材料是很有发展前景的替代材料，虽然其焊接性能还不是十分理想，但是如果可以通过共聚改性而提高其极性基团的数量，那EVA的高频焊接性能将会大大改善。
3 参考文献
[1]沃尔特冯，涂层和层压纺织品[M]北京，化学工业出版 社，2006，30