SBR潛水料複合麵料與不同外層織物的剝離強度對比研究 概述 SBR（Styrene-Butadiene Rubber，苯乙烯-丁二烯橡膠）潛水料是一種廣泛應用於水下運動裝備、防護服、濕式潛水衣等領域的高彈性閉孔泡沫材料。...
SBR潛水料複合麵料與不同外層織物的剝離強度對比研究
概述
SBR（Styrene-Butadiene Rubber，苯乙烯-丁二烯橡膠）潛水料是一種廣泛應用於水下運動裝備、防護服、濕式潛水衣等領域的高彈性閉孔泡沫材料。其優異的保溫性、柔韌性及防水性能使其成為潛水服裝的核心填充層。在實際應用中，SBR潛水料通常需與外層織物進行複合，以提升其耐磨性、抗撕裂性及整體結構穩定性。複合工藝的關鍵指標之一是剝離強度（Peel Strength），即衡量複合層間粘結牢固程度的重要力學參數。
本文旨在係統研究SBR潛水料與不同種類外層織物複合後的剝離強度表現，分析影響剝離強度的主要因素，包括外層織物類型、表麵處理方式、膠黏劑選擇及複合工藝參數等，並通過實驗數據對比，為高性能潛水複合麵料的研發提供理論依據和實踐指導。
1. SBR潛水料的基本特性
SBR潛水料是以苯乙烯-丁二烯共聚物為基礎，通過發泡工藝形成的閉孔彈性泡沫材料。其內部含有大量封閉氣泡，賦予其低密度、高回彈性和良好的隔熱性能。以下是典型SBR潛水料的主要物理參數：
| 參數名稱 | 典型值 | 單位 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 密度 | 0.35–0.45 | g/cm³ | 閉孔結構決定其輕質特性 |
| 厚度範圍 | 1.5–7.0 | mm | 可根據用途定製 |
| 拉伸強度 | ≥1.8 | MPa | 表征材料抗拉能力 |
| 斷裂伸長率 | ≥400% | % | 高彈性體現 |
| 硬度（邵A） | 25–35 | Shore A | 軟硬適中，適合貼身穿著 |
| 導熱係數 | ≤0.035 | W/(m·K) | 優異的保溫性能 |
| 閉孔率 | >95% | % | 決定防水與浮力性能 |
SBR材料在長期浸水環境下仍能保持結構穩定，不易吸水膨脹，因此被廣泛用於製造濕式潛水衣（Wetsuit）。然而，其表麵光滑且化學惰性強，導致與外層織物的粘接難度較大，常需借助專用膠黏劑或表麵改性技術實現有效複合。
2. 外層織物類型及其對複合性能的影響
外層織物在SBR複合結構中主要起保護、增強和美觀作用。不同材質的織物因其纖維成分、織造方式、表麵能及粗糙度差異，顯著影響與SBR層的粘接效果。本研究選取五種常見外層織物進行對比分析：
2.1 實驗選用外層織物類型
| 織物類型 | 主要成分 | 織造方式 | 表麵特性 | 常見用途 |
|---|---|---|---|---|
| 尼龍彈力布（Nylon Spandex） | 80%尼龍 + 20%氨綸 | 平紋針織 | 高彈性、光滑 | 高端潛水衣、運動服 |
| 聚酯彈力布（Polyester Spandex） | 75%聚酯 + 25%氨綸 | 四麵彈針織 | 中等彈性、略粗糙 | 中端潛水衣、泳裝 |
| 氯丁橡膠塗層尼龍（CR-Coated Nylon） | 尼龍基布 + 氯丁橡膠塗層 | 塗層織物 | 高粘附性、耐候性強 | 工業防護服、重型潛水衣 |
| 芳綸織物（Aramid Fabric） | 芳綸纖維（如Kevlar®） | 平紋機織 | 高強度、耐高溫 | 特種防護裝備 |
| 超細纖維絨布（Microfiber Fleece） | 聚酯超細纖維 | 起絨針織 | 多孔、高比表麵積 | 舒適內襯、保暖層 |
注：芳綸織物雖不常用於常規潛水衣，但作為高強度對比樣本納入研究。
3. 剝離強度測試方法與標準
剝離強度是評價複合材料界麵結合性能的核心指標。本實驗依據國際標準ISO 8196-2《橡膠和塑料製品—層間粘合強度測定》以及中國國家標準GB/T 2790—1995《膠粘劑180°剝離強度試驗方法》，采用電子萬能材料試驗機進行180°剝離測試。
3.1 測試條件設定
| 項目 | 參數 |
|---|---|
| 試樣尺寸 | 25 mm × 150 mm |
| 剝離角度 | 180° |
| 拉伸速度 | 300 mm/min |
| 環境溫度 | 23 ± 2°C |
| 相對濕度 | 50 ± 5% RH |
| 每組樣本數量 | 5件 |
| 數據取平均值 | 是 |
試樣製備流程如下：
- 將SBR潛水料裁剪至規定尺寸；
- 外層織物經清潔、去油處理；
- 采用雙組分聚氨酯膠黏劑（型號：PU-3088，固含量60%）均勻塗布於SBR表麵；
- 幹燥活化後熱壓複合（溫度：110°C，壓力：0.3 MPa，時間：60 s）；
- 室溫固化24小時後進行剝離測試。
4. 不同外層織物與SBR複合後的剝離強度對比
4.1 實驗結果匯總
以下為五種外層織物與SBR複合後的平均剝離強度測試結果：
| 外層織物類型 | 平均剝離強度（N/25mm） | 標準偏差（±） | 界麵破壞模式 | 備注 |
|---|---|---|---|---|
| 尼龍彈力布 | 42.3 | ±2.1 | 內聚破壞（膠層斷裂） | 粘接良好，無織物撕裂 |
| 聚酯彈力布 | 36.7 | ±2.8 | 混合破壞（部分膠層+界麵分離） | 粘附稍弱 |
| CR塗層尼龍 | 58.6 | ±1.9 | 內聚破壞 | 氯丁橡膠層增強粘附 |
| 芳綸織物 | 28.4 | ±3.5 | 界麵剝離（完全脫層） | 纖維惰性高，難粘接 |
| 超細纖維絨布 | 49.8 | ±2.3 | 內聚破壞 | 多孔結構提升機械錨定效應 |
4.2 結果分析
從數據可見，CR塗層尼龍表現出高的剝離強度（58.6 N/25mm），這得益於其表麵氯丁橡膠層與SBR材料具有相似的化學結構，形成“同類相容”效應，顯著提升分子間作用力。此外，塗層本身提供了額外的粘接過渡層，增強了界麵結合。
超細纖維絨布位列第二（49.8 N/25mm），其高比表麵積和多孔結構在塗膠過程中形成“機械互鎖”效應，膠黏劑滲透至纖維間隙後固化，產生較強的物理錨定作用。
尼龍彈力布雖表麵光滑，但尼龍分子鏈中含有極性酰胺基團，易於與聚氨酯膠黏劑形成氫鍵，因而獲得較高的粘接強度（42.3 N/25mm）。而聚酯彈力布因聚酯分子極性較低，且表麵常含油劑，導致粘附性能略遜一籌。
差表現來自芳綸織物，其剝離強度僅為28.4 N/25mm，且表現為完全界麵剝離。芳綸纖維表麵高度惰性，缺乏活性官能團，難以與膠黏劑發生化學反應。相關研究表明，未經表麵處理的芳綸與橡膠類材料的粘接性能普遍較差（Zhang et al., 2020）。
5. 影響剝離強度的關鍵因素分析
5.1 表麵處理方式的影響
為改善低粘附性織物的複合性能，常采用表麵處理技術。本實驗對芳綸織物進行三種處理後複測剝離強度：
| 處理方式 | 剝離強度（N/25mm） | 提升幅度 |
|---|---|---|
| 未處理 | 28.4 | — |
| 等離子體處理（空氣氣氛，5 min） | 39.6 | +39.4% |
| 堿液處理（NaOH 5%，60°C，30 min） | 34.1 | +20.1% |
| 塗底塗劑（Chloroprene Primer） | 41.2 | +45.1% |
等離子體處理通過引入含氧官能團（如-COOH、-OH）提高表麵能，顯著改善潤濕性和化學反應活性。底塗劑則在界麵形成過渡層，促進主膠與基材的結合。
5.2 膠黏劑類型的選擇
不同膠黏劑對剝離強度的影響亦極為顯著。本實驗對比四種常用膠黏劑在尼龍彈力布/SBR體係中的表現：
| 膠黏劑類型 | 化學體係 | 平均剝離強度（N/25mm） | 固化時間 | 耐水性 |
|---|---|---|---|---|
| 雙組分聚氨酯（2K-PU） | -NCO/-OH反應 | 42.3 | 24 h | 優 |
| 溶劑型氯丁膠（CR） | 氯丁橡膠+酚醛樹脂 | 38.5 | 12 h | 良 |
| 熱熔膠（EVA-based） | 乙烯-醋酸乙烯共聚物 | 29.7 | 即時 | 差 |
| 水性丙烯酸膠 | 丙烯酸乳液 | 33.1 | 48 h | 中 |
結果顯示，雙組分聚氨酯膠黏劑綜合性能優，其交聯網絡致密，內聚強度高，且對多種基材適應性強。相比之下，熱熔膠因冷卻後收縮明顯，易產生內應力，導致粘接失效。
5.3 複合工藝參數優化
熱壓複合過程中的溫度、壓力和時間直接影響膠層流動、潤濕及交聯程度。以尼龍彈力布為例，設計正交實驗考察三因素影響：
| 溫度（°C） | 壓力（MPa） | 時間（s） | 剝離強度（N/25mm） |
|---|---|---|---|
| 90 | 0.2 | 45 | 35.2 |
| 90 | 0.3 | 60 | 38.7 |
| 100 | 0.2 | 60 | 37.1 |
| 100 | 0.3 | 45 | 40.3 |
| 110 | 0.2 | 60 | 41.5 |
| 110 | 0.3 | 60 | 42.3 |
| 120 | 0.3 | 60 | 41.8（局部焦化） |
佳工藝組合為：溫度110°C、壓力0.3 MPa、時間60秒。溫度過低導致膠黏劑活化不足，過高則可能引起SBR材料老化或膠層降解。
6. 實際應用中的性能驗證
為驗證實驗室數據在真實環境下的適用性，選取剝離強度高的三種複合結構（CR塗層尼龍、超細纖維絨布、尼龍彈力布）製作原型潛水衣，並進行為期3個月的實地測試，涵蓋海水浸泡、反複拉伸、紫外線曝曬等工況。
6.1 耐久性測試結果
| 項目 | CR塗層尼龍 | 超細纖維絨布 | 尼龍彈力布 |
|---|---|---|---|
| 海水浸泡（30天）後剝離強度保留率 | 96.2% | 93.5% | 91.8% |
| 紫外線照射（500 h）後強度下降 | 8.3% | 12.1% | 10.7% |
| 反複彎折（10,000次）後是否開膠 | 否 | 輕微起邊 | 否 |
| 抗撕裂性能（N/mm） | 85.6 | 72.3 | 78.4 |
CR塗層尼龍在耐候性和耐久性方麵表現突出，尤其適用於長期海上作業環境。超細纖維絨布雖初始粘接強度高，但在紫外線作用下聚合物老化較快，建議添加抗UV助劑。
7. 國內外研究現狀綜述
近年來，國內外學者對SBR複合材料的界麵性能進行了廣泛研究。日本東麗公司（Toray Industries）開發了一種表麵接枝改性的尼龍織物，通過輻射引發丙烯酸單體接枝，使與SBR的剝離強度提升至50 N/25mm以上（Tanaka et al., 2019）。美國杜邦公司在Kevlar®織物上采用等離子體+底塗聯合處理技術，成功將其與橡膠層的粘接強度提高至40 N/25mm以上，突破了傳統芳綸難粘接的瓶頸（DuPont Technical Report, 2021）。
國內方麵，青島大學材料科學與工程學院團隊研究了不同發泡劑對SBR表麵極性的影響，發現偶氮二甲酰胺（AC）發泡所得材料表麵羧基含量較高，更利於膠黏劑潤濕（Li et al., 2021）。東華大學則提出“微結構仿生設計”理念，在外層織物表麵構建微米級凹坑陣列，顯著增強機械嵌合作用，使剝離強度提升約30%（Wang et al., 2022）。
此外，歐盟《REACH法規》對溶劑型膠黏劑的限製推動了水性環保膠的發展。德國漢高公司（Henkel）推出的LORD 7640水性聚氨酯膠已在多家潛水服製造商中應用，其剝離強度可達38 N/25mm，接近傳統溶劑型產品水平（Henkel Product Bulletin, 2023）。
8. 複合結構設計建議
基於上述研究，提出以下複合結構優化建議：
- 優先選擇CR塗層尼龍或超細纖維絨布作為外層，二者在剝離強度和耐久性方麵均表現優異；
- 對低極性織物（如聚酯、芳綸）實施表麵改性，推薦采用等離子體處理或專用底塗劑；
- 選用雙組分聚氨酯膠黏劑，確保高內聚強度與良好耐水性；
- 控製熱壓工藝參數在110°C、0.3 MPa、60 s範圍內，避免過度加熱導致材料損傷；
- 在戶外使用場景中添加抗UV助劑，延長產品壽命；
- 考慮環保要求，逐步推廣水性膠黏劑，兼顧性能與可持續發展。
9. 展望
隨著深海探索、水上運動及特種防護需求的增長，SBR潛水料複合麵料的技術要求將持續提升。未來研究方向應聚焦於智能響應型複合材料（如溫敏變色、自修複塗層）、生物基環保膠黏劑開發、以及數字化工藝控製係統的集成應用。同時，建立標準化的剝離強度測試數據庫，有助於行業統一評價體係，推動高性能潛水複合材料的產業化進程。
