本發明涉及一種防水透氣材料及其制造方法。
背景技術：
目前市場上汽車的電子控制單元（ECU）、中央處理單元、各種燈具（防水燈，后車燈，霧燈，回合燈等）、發動機類、各種傳感器以及各種開關上都使用了防水透氣膜。另外，在一般的電子機器箱體上也有使用防水透氣膜的，如防水手機、數碼相機、打印機、戶外攝像頭、監控器、電動剃須刀、電動牙刷、屋外照片燈等。上述所指的防水透氣膜是指在以上各種箱體中，因其具有透氣性而調整了箱體內部的壓力，以及為了防水、防塵、防止結露而使用的材料。例如，近幾年，為了節省汽車內部空間，車載ECU從汽車室內被移到發動機室，為了不受風雨、泥水、油份等影響，只能將其放在密閉空間中。但是由于ECU自身的發熱和放在發動機室內后引起的溫度差，導致箱體內部發生很大的壓力變化。此時，箱體內部溫度一旦被降下來的話，由于負壓作用，可能會從電氣結露部分滲入水分。為了防止此類事情的發生，一般會在箱體內部設置一個調整壓力的防水孔，再在防水孔里面安裝防水透氣膜。該防水透氣膜是以無紡布和織物作為支撐體，再在其表面貼合膨體聚四氟乙烯（e-PTFE）膜后而被使用。e-PTFE膜雖具有優良的防水、撥水、防油的特點，但隨著今后的ECU高性能化，考慮到發熱量的增加等問題，防水透氣膜的透氣性難以被滿足。此外，在其他的電子機器中也因為高性能化而引發的發熱量增大問題，要求透氣度和耐高溫性越來越高。此外，目前市場上也有采用聚苯硫醚紗線織造成的防水透氣材料，該材料雖具有優良的防水、透氣性能，但采用的聚苯硫醚纖維因為生產工藝復雜、原材料價格高，且后加工過程中所需條件苛刻，因此整體成本較高。
如日本專利特開H07-126428公開了一種采用尼龍織造而成的織物作為骨架材料，然后在其表面涂敷氟素類樹脂后加工而成的防水透氣膜材料，該防水透氣膜材料雖具有優良的防水、防油性，但由于該防水透氣膜材料表面涂敷有樹脂，其通氣度低，而且工藝復雜，并未實現單層結構的特點。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種防水性好、通氣性高、耐久性優異的防水透氣材料。
本發明的另一目的在于提供一種生產工藝簡單、成本低的防水透氣材料的制造方法。
本發明的技術方案如下：一種防水透氣材料是由纖度在200dtex以下的滌綸或尼龍長絲構成的滌綸或尼龍織物，該防水透氣材料的泡點孔徑與最小孔徑的差值為2～10μm，且該防水透氣材料的耐水壓在1000～2000mmH2O。
本發明防水透氣材料的表面粗糙度優選為5～15μm。
本發明防水透氣材料的體積密度優選為0.5～1.4g/cm3。
本發明防水透氣材料的覆蓋系數為1500～2400。
本發明防水透氣材料中滌綸或尼龍長絲是由扁平度在1.5～5.0之間的單絲構成。
本發明的有益效果是：本發明的防水透氣材料改善了以往防水透氣材料的低透氣性問題，提高了壓力調整能力。特別是采用細纖度的滌綸或尼龍長絲形成高密度織物作為防水透氣材料，不僅具有防水性好、通氣性高、耐久性優異的特點，還具有生產工藝簡單、成本低、實現單層結構的特點。
具體實施方式
本發明防水透氣材料是由纖度在200dtex以下的滌綸或尼龍長絲構成的滌綸或尼龍織物，該防水透氣材料的泡點孔徑與最小孔徑的差值為2～10μm，且該防水透氣材料的耐水壓在1000～2000mmH2O。本發明的防水透氣材料一般與部材貼合使用,部材一般多是用鋁和熱塑性聚合物形成，從防水透氣材料與部材的貼合成型性這點來考慮，構成本發明防水透氣材料的原料纖維的成纖聚合物為熱塑性聚合物，可以與部材直接貼合成型，工藝簡單，這里的熱塑性聚合物為滌綸或尼龍。考慮到原料簡單易得、生產成本低，且滌綸或尼龍長絲的軋光效果好，制得的織物表面均勻工整，有利于提高滌綸或尼龍織物的耐水壓性能。本發明的防水透氣材料不像現行品的PTFE膜那樣，需要支撐體,而是單層結構的織物層。另外，現行品PTFE膜的表面自由能量低，雖然具有優良的防水、防油性，但相反和其他聚合物的相容性很低，與部材貼合成型時需要用特殊技術，缺乏通用性。
本發明的滌綸或尼龍長絲織物是由經紗與緯紗交織而成的機織物，作為經紗和緯紗的滌綸或尼龍長絲的纖度在200dtex以下。該滌綸或尼龍長絲的細度越細的話，織造縫隙就越小，那么制得織物的防水性就越高。如果滌綸或尼龍長絲的纖度大于200dtex的話，纖維變粗，在同等緊密程度的情況下，織物間的間隙就變大，導致織物的泡點孔徑變大，進一步就會使得織物的泡點孔徑與最小孔徑的差值變大。織物的泡點孔徑變大，織物間的間隙就變大，耐水壓測試時布面就很容易出現水滴，這里的耐水壓值是指樣品表面出現第三滴水珠時的耐水壓平均值，因此最終導致織物的耐水壓性能下降。考慮到織物的織造性能和耐水壓性能，上述滌綸或尼龍長絲的纖度優選40～100dtex。
本發明防水透氣材料的泡點孔徑與最小孔徑的差值為2～10μm，如果防水透氣材料僅僅只是普通織物的話，織物間間隙的存在導致其防水性能太低，因此防水透氣材料的設計就變得尤為重要。為了達到防水性好、通氣度高的目的，本發明考慮使用高密度織物，這里的高密度織物是指經緯紗緊密組合，這就意味著織物間隙變小了。此時，織物間隙的大小用織物的泡點孔徑與最小孔徑的差值大小來衡量，因此織物結構中的泡點孔徑與最小孔徑的差值大小起著關鍵性的作用。當滌綸或尼龍織物的泡點孔徑與最小孔徑的差值小于2μm時，就會導致織物的緊密度過高，此時耐水壓雖然可以得到提高，但是防水透氣材料的透氣性會相應下降，那么就會直接影響到與防水透氣材料相貼合的部材內部與外部的氣壓調整及熱量的傳遞；當泡點孔徑與最小孔徑的差值大于10μm時，織物間的間隙就變大，采用耐水壓測試時布面就很容易出現水滴，防水透氣膜的耐水壓會較差，達不到基本的防水效果。考慮到滿足耐水壓的使用要求，同時具有較高的通氣度，滌綸或尼龍織物的泡點孔徑與最小孔徑的差值優選3～5μm。
本發明防水透氣材料的耐水壓為1000～2000mmH2O，如果耐水壓低于1000mmH2O的話，織物的防水效果會變差；根據防水透氣膜的使用要求，當然其耐水壓越高越好，但如果耐水壓高于2000mmH2O，就要求織物足夠致密化且對后加工條件要求苛刻，織物在具有高耐水壓的同時通氣性能會下降。為了滿足不同應用領域產品的使用要求，且為了進一步提高其防水性，本發明防水透氣材料的耐水壓優選1200～2000mmH2O。
本發明防水透氣材料的表面粗糙度為5～15μm，粗糙度用Ra値表示。如果滌綸或尼龍織物表面粗糙度偏大的話，在后道裁切對齊時，摩擦力過大，易產生褶皺，且與其他部件進行貼合時，貼合緊密性也變差；如果滌綸或尼龍織物表面粗糙度偏小的話，當防水透氣材料被粘貼到箱體等上時，貼合性差，容易脫落。本發明滌綸或尼龍織物的表面粗糙度優選在這個范圍，既有利于裁切，又對與其他部材的組合成型性有利。
上述織物中泡點孔徑和最小孔徑的大小是直接由織物的體積密度來決定的，所說的體積密度也就是單位體積內纖維的重量。如果織物的體積密度越大，織物內空隙越少，這就表明通氣度就越小，防水性反而增強；如果織物的體積密度越小，通氣度雖得到了提高，但防水性變差。為了滿足防水性好、同時通氣度又高的要求，本發明防水透氣材料的體積密度為0.5～1.4g/cm3，優選0.8～1.2g/cm3。
當織物的結構和覆蓋系數確定之后，其克重也就被固定，體積密度就不會變，那么織物的覆蓋系數（CF）也間接影響著織物的防水性和通氣性。織物的覆蓋系數（CF）是表征織物緊密程度的參數，覆蓋系數越高，表明織物越緊密，泡點孔徑與最小孔徑的差值就越小，那么織物的通氣度低、防水性高。從織物的防水性考慮，織物的CF最好定為1500以上，如果CF為2400以上的話，耐水壓就會達到2000mmH2O以上。另一方面，織物的CF過高的話，這就表明織物太緊密，這樣不僅加大了織造的難度，還會降低透氣性。因此，考慮到織物的防水性以及通氣性等問題，本發明的滌綸或尼龍織物的覆蓋系數為1500～2400，更優選2000～2400。
上述織物的組織為平紋、斜紋、緞紋及其變化組織、多重組織。其中，平紋織物的交織點最多、緊密度最大，從防止織造縫隙偏差、提高防水等方面考慮，優選平紋組織。當織物為多重組織時，例如當織物為緯二重、緯三重，或者多層織物時，可以在織造緊度有限的條件下，進一步提高經紗或緯紗的密度，從而提高織物的防水性。例如還可以通過改變織物的結構來提高其通氣性，即經緯紗采用不同細度的絲，通過雙重織物結構的設計，使織物表層呈現出比里層纖維細度更細的雙層結構，細纖度面可以起到高防水性的作用，粗纖度面可以起到高通氣性的作用。
為了提高最終織物的耐水壓以及通氣度，本發明的滌綸或尼龍長絲可以為假捻加工絲，如空氣交絡絲等。在同等織物覆蓋系數的條件下，提高織物的體積密度和立體效果，進而在提高耐水壓的情況下，又有利于改善其通氣度。考慮到織造性，長絲的捻度優選60T/m以下。
本發明滌綸或尼龍長絲是由扁平度在1.5～5.0之間的單絲構成，上述扁平長絲的扁平度為斷面的長軸A和短軸B之比。扁平狀的單絲織造成的織物，與同等條件的圓形斷面單絲織造成的織物相比，扁平狀的絲與絲之間易于橫向交疊，覆蓋面積加大，織造縫隙可以很好地被覆蓋，同時還可以降低織物的厚度，從而提高操作性和減少部件體積。如果單絲的扁平度在該范圍的話，織物的縫隙能被很好地覆蓋，從而使得織物的泡點孔徑與最小孔徑的差值減小，這樣就容易提高防水透氣材料的防水性。考慮到織物的織造性能和耐水壓，本發明的單絲的扁平度優選1.5～4，更優選2～4。
測試壓力125Pa下，本發明的防水透氣材料的通氣度為0.2～3.0cm3/cm2/s。如果防水透氣材料的通氣度過大的話，織物的防水性會降低，考慮到滌綸或尼龍織物的防水性以及通氣性平衡，本發明防水透氣材料的通氣度優選1.0～3.0cm3/cm2/s。
為了提高織物的耐水壓，一般采用如下方法：（1）將織物所采用的單絲細度極細化和單絲斷面扁平化；（2）將織物高密度化；（3）使用防水劑對絲或織物進行防水加工；（4）通過軋光加工等熱壓縮加工來壓縮織物的厚度。
本發明防水透氣材料的制造方法包括如下步驟：采用滌綸或尼龍長絲進行織造，制得坯布，再進行精煉、拒水、干燥、熱定型、軋光的后整理加工，最終制得成品，所述軋光溫度為180～210℃，壓力為25～200kgf/cm，速度為2～15m/min。
提高本發明防水透氣材料的耐水壓方法之一就是通過軋光加工，目的是將纖維壓緊，填埋織造空隙。滌綸的結晶溫度為160℃、熔點為255℃，當軋光溫度在180℃以上時，滌綸纖維發生變形，所得織物的緊密度就提高。當軋光溫度低于滌綸熔點255℃時，雖可以抑制滌綸纖維的劣化，但是如果溫度過高，越接近熔點的話，纖維的流動性加強，部分纖維開始融解，會造成織物強力的劣化，同時織物在加工過程中也容易由于熱收縮的產生，造成織物起皺，生產加工性變差。考慮到生產加工性和產品的穩定性等因素，軋光溫度優選190～210℃，為了進一步優化織物的耐水壓和通氣度，軋光加工溫度更優選190～200℃。
從生產加工性和加工效果考慮，軋光壓力為25～200kgf/cm，如果軋光壓力小于25kgf/cm的話，織物與軋棍的接觸不夠充分，織物就不能受到充分的熱加工，軋光效果不好，耐水壓性能低；如果軋光壓力大于200kgf/cm的話，織物中紗線被壓扁程度加大，織物的間隙就被堵住，導致其通氣性能下降。為了得到較好的耐水壓，同時提供較高的通氣性，軋光壓力優選50～200kgf/cm。另外，從生產性方面考慮，軋光加工速度選擇2m/min以上，考慮到對織物進行充分的熱加工，軋光加工速度選擇15m/min以下。如果軋光速度小于2m/min的話，織物受到過度的熱加工會對織物造成損傷，導致強度降低，且速度太低會造成生產效率低，生產成本提高；如果軋光速度大于15m/min的話，軋光效果不佳，導致紗線之間的孔隙沒有明顯降低，耐水壓效果不好。
為了突出顯眼的效果，如手機（耳機，麥克風等）和數碼相機等，可以對防水透氣材料進行染色處理。從這點來看，如果成纖聚合物是滌綸的話，由于其容易染色，所以顏色變化也豐富。
本發明的防水透氣材料是由織物形成，是單層結構的織物層，長絲可能會從織物邊緣脫落，因此，本發明的防水透氣材料的織物端部優選部分纖維呈融著狀態。這樣，防止長絲從膜織物上脫落的同時，也可以防止長絲端部鉤住等情況，可以提高操作性。
本發明的防水透氣材料可以與已有的圓形透氣孔相對應進行裁斷,當然，透氣孔為方形的時候，織物就可以相對應地裁斷成方形等，可以根據需要,形成多種形狀的裁斷。此外，本發明的防水透氣材料可以和箱體等部材直接貼合成型。
下面用實施例及比較例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于這些實施例。其中，實施例及比較例中的各物性按下面的方法測試。
【經緯向密度】
根據JIS L1096 8.6密度法，用密度鏡來測量織物的經緯向密度。
【克重】
根據JIS L1096 8.4.2法，在標準狀態下剪取20cm×20cm的實驗片3個，每個在標準狀態下稱其質量，按照計算公式：克重=質量/面積，求出每塊實驗片的克重，取平均值。
【體積密度】
體積密度［g/cm3］＝（防水透氣材料的重量［g］）/（防水透氣材料的體積［cm3］）。
【覆蓋系數】
，
其中：NW：織物的經向密度（根/英寸）；
DW：織物中經向紗線的細度（dtex）；
Nf：織物的緯向密度（根/英寸）；
Df：織物中緯向紗線的細度（dtex）。
【泡點孔徑和最小孔徑】
根據ASTMF316-03標準，采用毛管流動孔隙測量儀（PMI公司產品，型號：CFP-1100-AE）測量織物孔徑，設定工作模式為wet-up/dry-down模式，測試環境為20±2℃，65±4%RH。將織物樣品放在樣品室中，用表面張力為15.9 dynes/cm的斯維克硅酮液（silwick silicone Fluid）潤濕。樣品室的底部夾件具有直徑2.54cm、厚度為3.175 mm的多孔金屬盤插件，樣品室的頂部夾件具有3.175mm直徑的孔洞，織物泡點孔徑和最小孔徑的值可以直接讀出。取兩次測量的平均值為最終的泡點孔徑值和最小孔徑值。泡點孔徑的定義：需要一定壓力才能使氣體沖破已經濕潤的濾膜，氣體大量從膜孔流出這一點的壓力值就是這個膜的泡點，測定這一壓力值對應的孔徑即泡點孔徑。
【通氣度】
根據JIS L1096 8.27.1A法，用FX-3300通氣度測試儀，將樣品在無張力的狀態下，放在測試區，調節氣壓125Pa，為避免測試點的重復，測試時將樣品斜向移動以得到不同經、不同緯的測試點，每一樣品至少測試5次，取平均值。
【耐水壓】
根據JIS L1092 靜水壓法，用FX-3300耐水壓測試儀，將樣品在無張力的狀態下，放在測試區，調節蒸餾水上升的速度為60cm/min，當樣品表面出現第三滴水珠時，測試結束，記錄此時的耐水壓值，每一樣品至少測試5次，取平均值。
【粗糙度Ra】
根據JIS B0601標準，用MarSurf粗糙度測試儀，將樣品在無張力狀態下，平整地放置在測試探頭下方，將測試探頭調節至剛好與樣品表面接觸，開始測試，測試結束，記錄粗糙度，每一樣品至少測5次，取平均值。
【效果評價方法】
（1）成本：按3級來評價
◎：成本較低，
○：成本適中，
△：成本較高。
（2）單層結構：按2級來評價
◎：不需要與其他結構層復合，可以單層直接使用，
△：單層無法使用，需要與支撐層和防水層復合使用。
（3）裁剪加工性：按3級來評價
◎：可進行多層同時裁剪，層疊方便，不易起皺，
○：可進行多層同時裁剪，但容易起皺 ，
△：由于容易破損及起皺等原因，不可以進行多層同時裁剪。
（4）貼合性：按3級來評價
◎：可以直接熱熔貼合或使用普通粘合劑方便貼合，加工工序簡單，貼合強力高，
○：可以直接熱熔貼合或使用普通粘合劑方便貼合，加工工序簡單，
△：表面自由能量低，與其他材料相容性差，需要對材料表面進行特殊加工后，進行貼合，加工工序復雜。
實施例1
采用纖度為200dtex、根數為72根、扁平度為2.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為92根/英寸、緯紗密度為74根/英寸的滌綸平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為190℃、壓力為100kgf/cm、速度為15m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2350、體積密度為1.35g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例2
采用纖度為110dtex、根數為72根、扁平度為2.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為93根/英寸、緯紗密度為89根/英寸的滌綸平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為200℃、壓力為180kgf/cm、速度為5m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為1909、體積密度為0.90g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例3
采用纖度為55dtex、根數為72根、扁平度為3.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為162根/英寸、緯紗密度為136根/英寸的滌綸平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為210℃、壓力為40kgf/cm、速度為12m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2210、體積密度為0.80g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例4
采用纖度為110dtex、根數為72根、扁平度為4.0的尼龍長絲進行織造，制得經紗密度為85根/英寸、緯紗密度為66根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為180℃、壓力為70kgf/cm、速度為2m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為1584、體積密度為0.64g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例5
采用纖度為55dtex、根數為72根、扁平度為3.0的尼龍長絲進行織造，制得經紗密度為124根/英寸、緯紗密度為113根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為190℃、壓力為130kgf/cm、速度為5m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為1758、體積密度為0.70g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例6
采用纖度為22dtex、根數為72根、扁平度為4.0的尼龍長絲進行織造，制得經紗密度為244根/英寸、緯紗密度為216根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為200℃、壓力為100kgf/cm、速度為10m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2158、體積密度為0.50g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
實施例7
采用纖度為22dtex、根數為72根、扁平度為1.0的尼龍長絲進行織造，制得經紗密度為244根/英寸、緯紗密度為213根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為200℃、壓力為100kgf/cm、速度為10m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2144、體積密度為0.43g/cm3的防水透氣材料。本發明的防水透氣材料的各物性示于下表1。
比較例1
采用纖度為440dtex、根數為110根、扁平度為1.0的PPS長絲進行織造，制得經紗密度為70根/英寸、緯紗密度為47根/英寸的PPS平紋織物，再依次進行精煉、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型加工，最終制得覆蓋系數為2843、體積密度為1.36g/cm3的防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
比較例2
采用纖度為55dtex、根數為72根、扁平度為2.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為161根/英寸、緯紗密度為137根/英寸的滌綸平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型加工，最終制得覆蓋系數為2210、體積密度為0.53g/cm3的防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
比較例3
采用纖度為55dtex、根數為72根、扁平度為2.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為162根/英寸、緯紗密度為136根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為150℃、壓力為5kgf/cm、速度為1m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2210、體積密度為0.65g/cm3的防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
比較例4
采用纖度為55dtex、根數為72根、扁平度為2.0的滌綸長絲進行織造，制得經紗密度為162根/英寸、緯紗密度為135根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、防水加工、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為230℃、壓力為20kgf/cm、速度為18m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為2203、體積密度為0.97g/cm3的防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
比較例5
采用纖度為110dtex、根數為72根、扁平度為1.0的尼龍長絲進行織造，制得經紗密度為64根/英寸、緯紗密度為45根/英寸的尼龍平紋織物，再依次進行精煉、干燥、在溫度為170℃條件下熱定型、在溫度為160℃、壓力為10kgf/cm、速度為20m/min的條件下軋光加工，最終制得覆蓋系數為1143、體積密度為0.33g/cm3的防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
比較例6
將克重為49g/m2的PP紡粘非織造布與克重28g/m2的膨體聚四氟乙烯（EPTFE）膜進行復合，最終制得防水透氣材料。該防水透氣材料的各物性示于下表2。
表1
表2