TPU薄膜的防水和透湿性能

核心功能热塑性聚氨酯（TPU）薄膜其优点在于其卓越的防水和透湿性能——它可以阻止液态水渗透，同时允许水蒸气分子（汗液）通过。

1. 绩效指标和标准

1. 防水性（抗静水压力）：
   • 指标：衡量薄膜抵抗外部水压的能力，单位为千帕 (kPa) 或毫米水柱 (mmH₂O)。数值越高，防水性能越好。例如，普通户外服装可能需要 ≥13 kPa 的防水性能，而专业级装备可能需要 ≥50 kPa 的防水性能。
   • 测试标准：通常采用 ISO 811 或 ASTM D751（爆破强度法）进行测试。该方法包括持续增加薄膜一侧的水压，直至另一侧出现水滴，并记录此时的压力值。
2. 水分渗透率（蒸汽透过率）：
   • 指标：测量单位时间内通过薄膜单位面积的水蒸气质量，单位为克/平方米/24小时 (g/m²/24h)。数值越高，表明透气性和排汗性能越好。通常，超过 5000 g/m²/24h 的值被认为是高度透气的。
   • 测试标准：主要有两种方法：
     • 直立杯法（干燥剂法）：例如，ASTM E96 BW。将干燥剂置于杯中，用薄膜密封，并在特定的温度和湿度条件下测量其吸收的水蒸气量。该方法的结果更接近实际磨损情况。
     • 倒置杯法（水蒸气法）：例如，ISO 15496。将水倒入杯中，倒置后用薄膜密封，测量透过薄膜蒸发的水蒸气量。此方法速度快，常用于质量控制。

2. 工作原理

防水和透湿性能TPU薄膜并非通过物理孔隙实现，而是依靠其亲水链段的分子级作用：

• 防水：薄膜本身致密且无孔隙；由于表面张力和薄膜的分子结构，液态水无法穿过。
• 透湿性：该聚合物含有亲水基团（例如，-NHCOO-）。这些基团能够“捕获”从皮肤内部蒸发的水蒸气分子。然后，通过聚合物链的“链段运动”，水分子逐步从内部“传递”到外部环境中。

3. 测试方法

1. 水压测试仪：用于精确测量薄膜或织物的防水极限压力。
2. 水分渗透杯：在恒温恒湿箱中使用，通过正立或倒置杯法测量水蒸气透过率 (MVTR)。

4. 应用

利用这些特性，TPU薄膜是众多高端应用的首选：

• 户外服装：硬壳夹克、滑雪服和徒步裤的关键组成部分，确保户外爱好者在风雨中保持干爽舒适。
• 医疗防护：用于手术服和防护服中，可阻挡血液和体液（防水），同时允许医务人员产生的汗液排出，从而减轻热应激。
• 消防和军事训练服：在极端环境下提供保护，需要具备防火、防水和耐化学腐蚀性能，同时保持良好的透气性，以维持灵活性和性能。
• 鞋类材料：用作防水袜衬（靴子），在雨天保持双脚干爽，同时防止内部热量和湿气积聚。

总之，TPU薄膜凭借其独特的物理和化学结构，巧妙地平衡了“防水”和“透气”这两个看似矛盾的需求，使其成为高性能纺织品领域不可或缺的关键材料。