白色佳積布複合TPU防水膜在鞋材防護層中的功能性表現 一、引言 隨著人們對功能性服裝與鞋材需求的不斷提升，具有優異性能的新型複合材料逐漸成為市場關注的焦點。其中，白色佳積布複合TPU防水膜（以下...
白色佳積布複合TPU防水膜在鞋材防護層中的功能性表現
一、引言
隨著人們對功能性服裝與鞋材需求的不斷提升，具有優異性能的新型複合材料逐漸成為市場關注的焦點。其中，白色佳積布複合TPU防水膜（以下簡稱“佳積布-TPU複合膜”）因其良好的防水性、透氣性及耐磨性，在運動鞋、戶外鞋、勞保鞋等鞋材領域得到了廣泛應用。
佳積布是一種高密度針織麵料，具有柔軟、彈性好、耐磨損等特點；而熱塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）則以其優異的彈性和耐化學腐蝕性著稱。將兩者通過複合工藝結合，形成一種兼具高強度和良好舒適性的功能型材料，為鞋材提供了全新的解決方案。
本文將圍繞白色佳積布複合TPU防水膜在鞋材防護層中的功能性表現展開詳細分析，涵蓋其物理化學性能、應用場景、產品參數、國內外研究進展等方麵，並引用大量國內外權威文獻資料，力求全麵展現該材料的技術優勢與應用前景。
二、材料構成與製備工藝
2.1 材料組成
| 組成部分 | 材料類型 | 特性 |
|---|---|---|
| 佳積布（Knit Fabric） | 高密度針織布 | 質地柔軟、彈性好、易加工 |
| TPU薄膜 | 熱塑性聚氨酯 | 防水性強、彈性佳、耐磨 |
佳積布通常采用滌綸或尼龍纖維編織而成，具備良好的結構穩定性和耐用性。TPU薄膜則通過擠出流延或吹膜法製得，厚度一般在0.1mm至0.5mm之間。兩者通過熱壓複合技術粘合，形成穩定的複合結構。
2.2 製備工藝流程
| 步驟 | 工藝描述 |
|---|---|
| 1. 原料準備 | 準備佳積布基材與TPU薄膜 |
| 2. 表麵處理 | 對佳積布進行清潔與表麵活化處理 |
| 3. 複合工藝 | 使用熱壓輥筒或平板熱壓機進行複合 |
| 4. 冷卻定型 | 控製冷卻溫度以保證材料結構穩定 |
| 5. 檢測包裝 | 進行剝離強度、透濕率等檢測後包裝出廠 |
根據《紡織學報》2021年的一篇文章指出，熱壓複合過程中溫度控製是關鍵因素之一，過高會導致TPU變形，過低則影響粘合強度[1]。
三、物理與化學性能分析
3.1 防水性能
| 性能指標 | 測試標準 | 數值範圍 |
|---|---|---|
| 靜水壓（Water Column） | GB/T 4744-2013 | ≥10000 mmH₂O |
| 滲水時間 | AATCC 127 | >60 min |
| 水蒸氣透過率（WVTR） | ASTM E96 | 1000–1500 g/m²·24h |
從表中可以看出，佳積布複合TPU膜具備出色的防水能力，同時保持一定的透濕性能，適合用於戶外鞋類防護層。
3.2 力學性能
| 性能項目 | 測試方法 | 數值範圍 |
|---|---|---|
| 抗拉強度 | GB/T 3923.1-2013 | 30–50 N/cm |
| 斷裂伸長率 | GB/T 3923.1-2013 | 150%–250% |
| 剝離強度 | GB/T 2790-1995 | ≥3 N/cm |
| 耐磨性 | DIN 53863-2 | ≥1000次無破損 |
這些力學性能數據表明，該複合材料不僅具有良好的柔韌性和抗撕裂能力，還能承受日常使用中的摩擦與拉伸，適用於高強度使用的鞋材部位。
3.3 化學穩定性
| 化學試劑 | 接觸時間 | 表麵變化情況 |
|---|---|---|
| 弱酸（pH=4） | 24小時 | 無明顯變化 |
| 弱堿（pH=10） | 24小時 | 無明顯變化 |
| 油脂類 | 48小時 | 輕微吸油但不溶解 |
| 酒精溶液（75%） | 24小時 | 無侵蝕現象 |
根據《中國皮革》雜誌2020年的實驗報告，TPU材料對常見化學試劑表現出較強的抵抗能力，適用於多種複雜環境下的鞋材應用[2]。
四、功能性表現分析
4.1 防水與防滲性能
佳積布複合TPU膜的核心功能在於其卓越的防水性能。通過TPU薄膜的致密結構，有效阻止水分滲透，同時佳積布作為支撐層，增強了整體的結構穩定性。這種組合特別適合應用於雨靴、登山鞋、工裝鞋等需要長時間接觸雨水或潮濕環境的鞋類產品。
文獻顯示，美國ASTM D751標準中對防水織物的要求為靜水壓≥8000 mmH₂O，而佳積布-TPU複合膜普遍達到甚至超過這一標準，顯示出其在國際市場上具備競爭力[3]。
4.2 透氣與排濕性能
盡管TPU本身屬於非多孔材料，但由於佳積布的開放結構以及TPU分子鏈之間的自由體積，使得該複合材料在一定程度上具備了透濕能力。根據GB/T 18132-2016《紡織品 吸濕速幹性能測試方法》，該材料的透濕率可達到1000 g/m²·24h以上，滿足人體穿著時的排汗需求。
圖1：不同材料透濕性能對比（單位：g/m²·24h）
| 材料名稱 | 透濕率 |
|---|---|
| 佳積布-TPU複合膜 | 1200 |
| PVC塗層織物 | 300 |
| ePTFE複合膜 | 1500 |
| 普通滌綸織物 | 600 |
注：數據來源：《材料導報》2022年第36卷第4期[4]
4.3 舒適性與貼合性
由於佳積布本身具有良好的彈性和柔軟性，複合後的材料在穿著過程中能夠更好地貼合腳部曲線，減少摩擦帶來的不適感。此外，TPU層不會產生靜電積累，提升了穿著體驗。
據日本《纖維學會誌》報道，TPU材料在人體接觸舒適性方麵優於傳統橡膠材料，尤其在低溫環境下仍能保持柔軟[5]。
4.4 耐久性與環保性
佳積布-TPU複合膜具有較長的使用壽命，且TPU材料可回收再利用，符合當前綠色製造的趨勢。相比PVC等不可降解材料，其環境友好性更為突出。
歐盟REACH法規對鞋材材料中有害物質的限製日益嚴格，而TPU材料不含鄰苯類增塑劑，因此更符合環保要求[6]。
五、應用場景與市場發展
5.1 應用領域
| 應用類型 | 具體用途 |
|---|---|
| 戶外運動鞋 | 登山鞋、徒步鞋、越野跑鞋 |
| 工業安全鞋 | 防水勞保鞋、防滑工作鞋 |
| 日常休閑鞋 | 防水板鞋、兒童雨鞋 |
| 醫療康複鞋 | 防水透氣康複鞋墊、足部保護套件 |
5.2 市場現狀與發展趨勢
根據《中國產業信息網》發布的《2023年中國鞋材行業研究報告》，功能性鞋材市場規模持續增長，預計到2025年將達到350億元人民幣。其中，TPU複合材料因其高性能特性，市場份額逐年上升。
| 年份 | 市場規模（億元） | TPU複合材料占比 |
|---|---|---|
| 2020 | 210 | 18% |
| 2021 | 235 | 21% |
| 2022 | 270 | 24% |
| 2023 | 310 | 27% |
| 2024預測 | 350 | 30% |
數據來源：中國產業信息網，2023年[7]
六、國內外研究現狀與技術比較
6.1 國內研究進展
近年來，國內高校與科研機構在TPU複合材料領域取得了多項成果：
| 研究單位 | 主要成果 | 發表年份 |
|---|---|---|
| 東華大學 | 開發高效複合工藝提升剝離強度 | 2021 |
| 蘇州大學 | 提出環保型TPU複合材料配方 | 2022 |
| 中國紡織科學研究院 | 優化複合膜透濕性能 | 2023 |
例如，東華大學在《合成纖維工業》期刊中發表的研究指出，通過引入納米二氧化矽改性TPU，可使複合膜的剝離強度提升至4.5 N/cm以上，顯著提高其結構穩定性[8]。
6.2 國外研究進展
國外在TPU複合材料領域的研究起步較早，技術相對成熟：
| 研究國家 | 研究重點 | 代表機構 |
|---|---|---|
| 德國 | 高性能TPU複合膜研發 | BASF公司 |
| 美國 | 生物基TPU材料開發 | Dow Chemical |
| 日本 | 輕量化與多功能集成 | Toray Industries |
| 韓國 | 環保與可持續材料 | Kolon Industries |
德國BASF公司開發的Elastollan®係列TPU材料廣泛應用於高端運動鞋製造，其複合膜材料具有極高的彈性和耐候性[9]。
6.3 技術對比分析
| 指標 | 國內水平 | 國外水平 |
|---|---|---|
| 防水性能 | 達到國際標準 | 部分領先品牌高於國內 |
| 透濕性能 | 中等偏上 | 部分品牌更高 |
| 成本控製 | 有優勢 | 相對較高 |
| 環保性能 | 快速追趕 | 技術更成熟 |
總體來看，國內在基礎性能方麵已接近國際先進水平，但在高端定製化、環保材料開發方麵仍有提升空間。
七、結論與展望（略）
參考文獻
-
李曉明, 張麗. “TPU複合材料在功能性鞋材中的應用研究.” 《紡織學報》, 2021, 42(3): 102-107.
-
王強, 劉洋. “TPU材料在鞋材中的化學穩定性測試.” 《中國皮革》, 2020, 48(10): 65-69.
-
American Society for Testing and Materials (ASTM). Standard Test Methods for Coated Fabrics. ASTM D751-19.
-
黃偉, 周婷. “不同複合膜材料的透濕性能比較.” 《材料導報》, 2022, 36(4): 123-127.
-
Japanese Fiber Science and Technology Association. "Comfort Performance of TPU Films in Footwear Applications." Journal of the Textile Machinery Society of Japan, 2021, 67(2): 45-51.
-
European Chemicals Agency (ECHA). REACH Regulation on Substances of Very High Concern. http://echa.europa.eu/, 2023.
-
中國產業信息網. “2023年中國鞋材行業研究報告.” http://www.chyxx.com/, 2023.
-
趙晨曦, 孫立新. “納米改性TPU複合膜的剝離強度研究.” 《合成纖維工業》, 2021, 44(6): 89-93.
-
BASF SE. Elastollan® Product Portfolio. http://www.basf.com/global/en.html, 2023.
