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热塑性聚氨酯在涂层上的应用烘干

时间:2022年07月29日

热塑性聚氨酯在涂层上的应用

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)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 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okmart.com。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<

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