【行业】TPU防水透湿薄膜介绍

2021-01-13 13:19:16 钛科优控 973

一、TPU及其薄膜简述 

1市场状况


TPU是国内发展最快的新型弹性体材料之一,年增长率在最近几年在15%左右,随着欧美、日本、韩国等对PVC材料在某些领域使用上的限用,国内的一些企业也逐步的开始使用TPU材料来代替PVC,加上其本身具有环保、高强度、高延伸率、耐撕裂、耐水、耐油、耐磨等很多的优良特性,可以使用注塑、挤出、流延、吹膜等传统工艺进行加工,更加加快了TPU的发展。 

TPU薄膜是TPU弹性体的一种应用,主要用于服装、面料、鞋材、救生衣、军用帐篷,医用辅料等各领域,其品种有多种多样,按照材料的种类来分,TPU薄膜可以分为:普通聚酯型、防水透湿聚醚型、耐水解聚醚型、聚碳酸酯型、聚己内酯型、聚烯烃型等多种,另外每种类型的薄膜还有雾面、透明、染色、磨砂等多种品号。 


防水透湿型的产品是市场上近两年发展最快的品种之一,常用的有0.01mm,0.012mm,0.015mm这几个规格,约占TPU薄膜市场份额的10%-15%,随着TPU市场的发展,以及价格的逐步走低,市场份额还会有较大的增长空间。 
  

2.生产厂家 


目前国内TPU薄膜的生产厂家很多,大部分都是流延及吹膜两种方式来加工。规模较大的几个生产厂家主要是中山博锐斯新材料有限公司、雄林新材料科技有限公司、浙江环龙新材料科技有限公司、嘉兴南雄高分子有限公司、广州钰鑫环保塑胶有限公司,另外还有10多家中小企业也在从事TPU薄膜的生产,上规模的厂家生产的TPU薄膜占据了国内的大部分市场。台湾鼎基、polyfilm、deerfield等都是从事TPU薄膜行业最早的几个公司,随着国内市场竞争的越演愈裂,很多台湾及国外公司的产品市场份额正在逐步的减少。 


二、透气透湿TPU薄膜的制备 


1.原料烘干 


由于防水透湿型的TPU吸收空气中的水气特别的快,原料的烘干需要使用除湿干燥机来进行,露点设置在-40℃~-30℃,烘干温度调整在90~110度之间来进行烘料,一般需要烘干4~6小时,水分控制在300ppm以下才可以生产。通常情况下除湿干燥机烘干好的原料敞口放在空气中放置3~5分钟,原料就因为吸湿就无法使用,因此原料的输送需要在密闭的管道中进行输送。 

2.原料的混配及要求 


需要选择防水透湿型的TPU弹性体,然后与色母、滑剂、雾面助剂、抗静电助剂等各种加工助剂,按照不同产品的实际需要,调整适当比例进行混配,称取好的原料,通过搅拌机搅拌混合均匀后,加入到除湿干燥机中进行烘干,因各种助剂的熔点不同,需要注意烘干温度的设置;也有部分厂家通过机械设备带有多个自动称重设备,对各种烘干的助剂进行单独的烘干称重,然后加入到挤出机的混合器中混合,再通过挤出机的螺杆喂入挤出机。 


由于生产的防水透湿薄膜很薄,市面上的薄膜厚度大部分在0.01mm~0.025mm之间,因此原料中晶点或胶点要在可控的范围内,否则在生产出来的薄膜中,会有凹凸不平的小点,导致在后期与面料复合时容易产生断膜或薄膜的水压测试偏低等一系列问题。再者TPU材料本身加工粘度很大,成膜性相对较差,加工温度范围窄,对原料的熔融指数稳定性都有很高的要求。 

3.薄膜加工方式 


加工防水透湿薄膜的方法有多种,应根据实际需要来选择。


目前市场上最常用的方法是双层共挤吹膜法,此法生产效率较高,做出来的产品质量相对来说稳定,厚度偏差小一些;也有极少部分厂家采取单吹得方式来生产,但是单吹得方式对设备的精密度、加工环境的温度、膜泡中的气压等要求很高,生产的速度相对来讲会低30%~50%,但是可以节约原料成本;


流延法生产防水透湿膜的厂家较少,主要原因是由于生产效率低、生产时产生的边角料较多,厚度控制能力偏差;


有极少的厂家,将TPU用溶剂进行溶解,然后通过涂层,来做一些特殊的产品,但是通过此方法做出的产品中,多少的都会存在溶剂残留,成本高,且不环保,只能用于一些特殊的领域。 


4.加工设备 


根据加工方式的不同加工设备会有一些差异,常用的加工设备有吹膜机、流延机和涂层机。由于TPU自身的一些特性,吹膜法需要的设备和目前市场上加工PE膜的设备有很多细节上的不同,主要有吹膜模头流道及合膜线位置、挤出机螺杆、旋转装置、收卷装置、冷却装置、电机容量等几个主要方面,应该根据TPU原材料的特性进行适当的调整;流延法主要需要在挤出机螺杆和流延膜模头方面进行优化调整;涂层法通常将原料用DMF、EAC、TOL、MEK等溶剂,进行单独或者混合溶解后,选择刀涂、辊涂等方法进行涂层。 

5.工艺控制 


涂层法主要是要控制好产品溶解后的粘度、刀与涂层面的压力、涂层的克重、生产速度、烘箱温度的设置等几个主要的方面,若控制不好,会产生涂层厚度不均、涂层中有气泡等多种问题。 

6.产品测试 


目前市场上对防水透湿薄膜的测试方法有很多种,主要有正杯法、倒杯法、吸湿法、出汗热盘法等等,而且日标、美标、国际标准、欧标等都略有不同,同一测试标准不同的版本、不同的测试条件测试出来的数据差别也很大,如果一味的追求高指标数值,而不了解同种产品用不同的测试方法之间的差异,会对透湿膜产品的选择带来很大的影响。在TPU防水透湿薄膜行业,目前常用的测试方法和主要的两款薄膜测试标准和典型数值如下表: 
  

三、影响防水透湿的因素   

1. TPU原料   


原料是影响防水透湿的主要因素,目前市场上的绝大多数TPU产品,都不是防水透湿的产品,即使能够做出来薄膜,透气透湿率也很低,通常称为闭气膜,只有使用具有防水透湿吸湿性的TPU原料,做出来的薄膜才有防水透湿性能, TPU中吸湿性成分的多少会对透湿性有较大的影响,这方面与TPU合成时的配方有很大的关系,因此如果需要对防水透湿材料有深入的了解,就要对透湿的原理以及材料配方上有全面的了解。 
  

2.薄膜厚度  


薄膜厚度对透湿性影响也很大,但是产品的厚度与透湿能力的大小并不成正比,对于目前市场上用同种原料和助剂,生产出来不同厚度的中透膜,按照ASTM E96 BW-2010版测试出来的透湿率典型值如下: 
  

3.助剂   


TPU在生产过程中,由于粘度很高,通常需要添加各类抗粘的助剂,有时候为了生产不同颜色的薄膜产品,需要添加一些色母之类的助剂,这一些助剂,本身都不具有防水透湿性能,添加之后,做出来的薄膜透湿率都会有或多或少的降低;另外此类助剂的载体,也对透湿率有很大的影响,最好是选择使用防水透湿型TPU做载体的产品,这样可以减少对透湿率的影响。 
  

4.热熔胶  


若面料与薄膜进行复合,单位面积热熔胶所占面积,会对复合后产品的透湿率有极大的影响,可以通过减少复合时上胶的克重、减小单位面积上胶点面积、更换透湿型热熔胶、采用点贴上胶复合等方式,减少对透湿性的影响。 


结论

TPU是一种新型材料,由其制成的防水透湿膜更是一种新型功能性薄膜,在近几年才被广泛的应用,与之相关的新产品和加工设备也在逐步的摸索调整改进中,整个市场每年的增长率在20%以上,带动了与此相关的服装面料、医疗手术衣手术服类的市场也在快速的增长,但是在原料选择、生产、测试、新品开发方面等几个重要的环节方面需要做好充分的了解,才能够有针对性的快速开发新的产品,遇到问题时找到问题的解决方法。