In den letzten Jahren ist mit der zunehmenden Beliebtheit von Outdoor-Aktivitäten die Nachfrage nach wasser- und spritzwassergeschützten Textilien stark gestiegen. Gängige Verfahren zur Erzielung dieser Eigenschaften sind Beschichtungen oder Folienveredelungen, die jedoch Nachteile wie komplexe und zeitaufwendige Prozesse mit sich bringen. Fluorfreie Imprägnierungen von hochdichten Geweben ermöglichen hingegen eine hohe Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck, sind schnell und einfach durchzuführen und kostengünstig. Obwohl die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck nicht ganz an die von Beschichtungs- oder Laminierverfahren heranreicht, kann sie nach Prozessoptimierung dennoch 5200 Pa oder mehr erreichen. Zudem bietet das Verfahren eine gewisse Atmungsaktivität und eignet sich daher für spezielle Funktionsstoffe wie OP-Kittel, Schutzanzüge, Bergsteigerbekleidung und Zeltstoffe.
In dieser Studie wurde Suzhou Leman Polymer Technology Co., Ltd. als fluorfreies Imprägniermittel ausgewählt und ein Hochtemperatur-Einbrennverfahren zur Imprägnierung von hochdichten, reinen Baumwollgeweben angewendet. Die Auswirkungen von Faktoren wie Gewebespezifikation, Einbrenntemperatur und Einbrennzeit auf die statische Wasserdruckbeständigkeit der reinen Baumwollgewebe wurden untersucht, und es wurde schließlich eine umfassende Lösung entwickelt, die sich für die Massenproduktion eignet.
1. Testmaterialien
Gewebe: Reines Baumwollgewebe (29,2 tex x 29,2 tex, 472 x 315, Leinwandbindung, Flächengewicht 220 g/m²);
Reagenz: Fluorfreies wasserfestes Mittel
Instrumente: Kontinuierlicher Formtrockner, Heißluftbackofen (German Menfuji), elektrischer Umlufttrockenschrank DHG-9140A, Waschmaschine SDLATLAS Vortex M6, Textilfeuchtigkeitsmessgerät YB813, digitales Atmungsaktivitätsmessgerät mit statischem Wasserdruck YG461E.
2. Prozessablauf
Kaltwalzen → Glühen → Mercerisieren → Färben → Imprägnieren → Brennen.
3. Einführung in die Methoden der Ergebnisprüfung
Wasserdichtigkeit: Gemessen gemäß AATCC 22-2010 „Wasserabweisung: Sprühtest“. Schneiden Sie drei Proben (17,78 cm x 17,78 cm) zu und lagern Sie diese vier Stunden lang unter Normaldruck. Geben Sie 250 ml destilliertes Wasser mit einer Temperatur von (27 ± 1) °C in den Trichter des Prüfgeräts und besprühen Sie die Vorderseite der Proben. Vergleichen Sie die Benetzungs- bzw. Fleckenmuster auf der Vorderseite mit dem Bewertungsbild und notieren Sie die Bewertungsergebnisse für jede Probe.
Waschbarkeit: Die Haushaltswäsche erfolgt gemäß GB/T 8629-2017 „Haushaltswasch- und Trocknungsverfahren für Textilien“. Eine Lösung wird mit 1 g/l Standardwaschmittel (AATCC 1993) im Verhältnis 1:30 (Waschmittel zu Waschmittel) hergestellt. Nach 8 Minuten Waschen bei 40 °C wird die Lösung entwässert, was einem Waschgang entspricht. Nach Abschluss des Waschprogramms wird das Kleidungsstück im Backofen bei 100 °C getrocknet.
Der industrielle Waschprozess ist wie folgt: Vorwäsche (50 l reines Wasser, 3 Minuten waschen, Wassertemperatur 50 °C) → Hauptwäsche (80 l reines Wasser, 15 Minuten waschen, Wassertemperatur 60 °C, 300 g Sauerstoffbleiche, 400 g Waschmittel) → Spülen (50 l reines Wasser, 5 Minuten waschen) → Neutralisationswäsche (50 l reines Wasser, 200 g Neutralisationssäure) → Waschen mit klarem Wasser (50 l reines Wasser, 5 Minuten waschen).
Hydrostatischer Druckwiderstand: Messung gemäß AATCC 127-2018 „Hydrostatischer Drucktest“. Schneiden Sie drei 200 mm x 200 mm große, nicht gefaltete und kontaminierte Proben zu und lagern Sie diese 4 Stunden lang unter Normaldruck. Stellen Sie die Temperatur des mit der Probe in Kontakt stehenden Wassers auf (21 ± 2) °C ein, trocknen Sie die Einspannfläche und richten Sie die Prüffläche zur Wasseroberfläche aus. Starten Sie nach dem Einspannen den Motor. Sobald an drei Stellen der Probe Wasser eindringt, messen Sie den statischen Wasserdruck. Wiederholen Sie die Messung dreimal und ermitteln Sie den Mittelwert, um den statischen Wasserdruckwiderstand der Probe zu bestimmen.
4. Der Einfluss des Abdichtungsprozesses auf die Abdichtungswirkung
Experimentelle Untersuchung des Einflusses eines einstufigen und eines zweistufigen Streck- und Backverfahrens auf die Imprägnierungswirkung. Beim einstufigen Verfahren wird eine Streck- und Formmaschine eingesetzt. Nach dem Aufrollen gelangt das Gewebe in den Trockenraum der Formmaschine. Trocknung und Backen erfolgen in einem Arbeitsgang, was eine hohe Produktionseffizienz ermöglicht und sich für die meisten wasserdichten Ausrüstungen eignet. Beim zweistufigen Streck- und Backverfahren wird das aufgerollte Material zunächst in der Streck- und Formmaschine getrocknet und anschließend gebacken. Dieses Verfahren zeichnet sich durch hohe Stabilität aus. Ablauf des einstufigen Streck- und Backverfahrens: Imprägnierung und Walzmittelzugabe in der Streckmaschine (80 g/l fluorfreies Imprägniermittel, 170 °C, 3,5 Minuten). Ablauf des zweistufigen Streck- und Backverfahrens: Walzmittelzugabe in der Streckmaschine (80 g/l fluorfreies Imprägniermittel, 120 °C, 60 Sekunden) → Backen (170 °C, 3 Minuten). Die Ergebnisse der Imprägnierungsbehandlung von reinem Baumwollgewebe unter Verwendung verschiedener Imprägnierungsverfahren sind in Tabelle 1 dargestellt.
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Wasserdichtigkeit des einstufigen Streck- und Backverfahrens sich nicht wesentlich von der des zweistufigen Streck- und Backverfahrens unterscheidet. Die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck ist jedoch deutlich geringer. Dies liegt daran, dass beim einstufigen Verfahren des direkten Hochtemperaturbackens, selbst bei reduzierter Fahrzeuggeschwindigkeit und verlängerter Einwirkzeit des Arbeitsmediums, dieses nicht vollständig in das Gewebe eindringen kann. Zudem vernetzt sich das fluorfreie Imprägniermittel an der Gewebeoberfläche, was die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck beeinträchtigt. Daher wird für die Herstellung von hochbeständigem, reinem Baumwollgewebe gegen statischen Wasserdruck das zweistufige Streck- und Backverfahren angewendet.
5. Der Einfluss unterschiedlicher Gewebestrukturspezifikationen auf die Wasserdichtigkeit
Da Textilien mit hoher Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck üblicherweise für den Außenbereich und funktionelle Zwecke eingesetzt werden, ist die Flächenmasse des Gewebes auf (200 ± 20) g/m² begrenzt. Die Spezifikationen sind reine Baumwolle 29,2 tex x reine Baumwolle 29,2 tex, 472 x 315. Die Webarten sind Leinwandbindung, 2/1-Köperbindung, Kettfadenbindung und Karobindung. Das Gewebe wird in einem zweistufigen Verfahren gestreckt und getrocknet. Als Imprägniermittel wird eine fluorfreie Arbeitsflüssigkeit (80 g/l) verwendet. Es wird zweimal getaucht und zweimal gewalzt, wobei eine Walzrestmenge von 65 % erzielt wird. Anschließend wird bei 120 °C getrocknet und 3 Minuten bei 170 °C getempert. Der Einfluss unterschiedlicher Gewebestrukturen auf die Wasserdichtigkeit ist in Tabelle 2 dargestellt.
Aus Tabelle 2 geht hervor, dass bei gleichbleibender Garnanzahl und Kett-/Schussdichte allein die Änderung der Gewebestruktur signifikante Auswirkungen auf die Wasserdichtigkeit und die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck hat. Die Gewebe sind in absteigender Reihenfolge ihrer Leistungsfähigkeit geordnet: Leinwandbindung, 2/1-Köperbindung, Schussgewicht-Leinwandbindung, 3/1-Köperbindung und Quadratbindung. Leinwandbindung erreicht eine Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck von 5200 Pa, während die anderen Gewebe diesen Wert nicht erreichen. Dies verdeutlicht den deutlichen Einfluss der Gewebestruktur auf die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck. Leinwandbindung weist die beste Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck auf, da sie die meisten Verflechtungspunkte und die wenigsten Poren besitzt. Um den Zusammenhang zwischen den Strukturspezifikationen und der Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck weiter zu untersuchen, wurde die Kett- und Schussdichte bei gleichbleibender Garnanzahl und Gewebestruktur variiert. Die Wasserdichtigkeit und die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck wurden separat geprüft; die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
Aus Tabelle 3 geht hervor, dass bei einer Leinwandbindung von 29,2 tex x 29,2 tex die Beständigkeit des Gewebes gegen statischen Wasserdruck mit zunehmender Gewebedichte steigt. Bei einer Dichte von 472 x 315 liegt die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck über 520 Pa. Demnach führt eine Erhöhung der Gewebedichte zu einer linearen Steigerung des Webaufwands, während die Verbesserung der Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck nicht signifikant ist. Nach eingehender Abwägung wurden Leinwandbindungen aus reiner Baumwolle (29,2 tex x 29,2 tex) und 472 x 315 als Standardspezifikationen für dieses hochdruckbeständige Gewebe ausgewählt.
6. Der Einfluss von Backtemperatur und -zeit auf die Wasserdichtigkeit
Die Backzeit und -temperatur haben einen wesentlichen Einfluss auf die Wasserdichtigkeit. Es wird ein zweistufiges Verfahren aus Strecken und anschließendem Backen angewendet. Dabei wird das Material in einer Streckmaschine getaucht und mit einem Walzmittel, einem fluorfreien Imprägniermittel (80 g/l) und einer Trocknungstemperatur von 120 °C über 60 Sekunden getrocknet. Der Einfluss von Backtemperatur und -zeit auf die Wasserdichtigkeit und die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck wurde untersucht; die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
Aus Tabelle 4 geht hervor, dass mit steigender Backtemperatur die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck und die Wasserdichtigkeit des Gewebes zunehmen. Dies liegt daran, dass sich hydrophobe Gruppen auf der Faseroberfläche während des Backvorgangs mit steigender Temperatur gleichmäßiger anordnen. Hohe Temperaturen begünstigen zudem die Freisetzung von Isocyanatgruppen durch Vernetzungsmittel, wodurch der Vernetzungsgrad zwischen Isocyanat und hydrophoben Gruppen sowie –OH-Gruppen erhöht und somit die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck verbessert wird. Bei einer Backtemperatur von 170 °C führt eine weitere Temperaturerhöhung nur noch zu einer begrenzten Steigerung der Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck und der Wasserdichtigkeit. Daher wurde die optimale Backtemperatur auf 170 °C festgelegt. Basierend auf diesem Experiment wurde der Einfluss der Backzeit auf die Wasserdichtigkeit und die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.
Aus Tabelle 5 geht hervor, dass sich die Wasserdichtigkeit mit zunehmender Backzeit kontinuierlich verbessert. Dies liegt daran, dass mit der Backzeit die Vernetzung zwischen Isocyanatgruppen und hydrophoben Gruppen auf der Faseroberfläche vollständiger wird. Längeres Backen ermöglicht zudem eine ausreichende geordnete Anordnung der hydrophoben Gruppen auf der Faseroberfläche. Nach 3 Minuten Backzeit erreicht die Wasserdichtigkeit 100 Punkte und die Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck 5200 Pa oder mehr. Eine weitere Verlängerung der Backzeit führt zu keiner weiteren Verbesserung der Wasserdichtigkeit und der Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck. Daher wurde die optimale Backzeit auf 3 Minuten festgelegt.
7. Schlussfolgerung
(1) Es wurden Untersuchungen zur Zusammensetzung der wasserdichten Arbeitsflüssigkeit durchgeführt. Nach ausreichendem Einbrennen hält der reine Baumwollstoff einem statischen Wasserdruck von bis zu 5200 Pa stand und weist eine gute Waschbeständigkeit auf. Selbst nach 30 Wäschen unter haushaltsüblichen Bedingungen besitzt er noch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen statischen Wasserdruck und ist wasserdicht.
(2) Der Streck- und Backprozess verläuft wie folgt: Streckmaschine, Eintauchen in Walzhilfsmittel (80 g/L fluorfreies wasserabweisendes Mittel, Trocknungstemperatur 120 ℃, Trocknungszeit 60 Sekunden) → Backen (Temperatur 170 ℃, Zeit 3 Minuten).
Veröffentlichungsdatum: 26. Juni 2024