本发明涉及一种防水透气材料及其制造方法。
背景技术：
目前市场上汽车的电子控制单元（ECU）、中央处理单元、各种灯具（防水灯，后车灯，雾灯，回合灯等）、发动机类、各种传感器以及各种开关上都使用了防水透气膜。另外，在一般的电子机器箱体上也有使用防水透气膜的，如防水手机、数码相机、打印机、户外摄像头、监控器、电动剃须刀、电动牙刷、屋外照片灯等。上述所指的防水透气膜是指在以上各种箱体中，因其具有透气性而调整了箱体内部的压力，以及为了防水、防尘、防止结露而使用的材料。例如，近几年，为了节省汽车内部空间，车载ECU从汽车室内被移到发动机室，为了不受风雨、泥水、油份等影响，只能将其放在密闭空间中。但是由于ECU自身的发热和放在发动机室内后引起的温度差，导致箱体内部发生很大的压力变化。此时，箱体内部温度一旦被降下来的话，由于负压作用，可能会从电气结露部分渗入水分。为了防止此类事情的发生，一般会在箱体内部设置一个调整压力的防水孔，再在防水孔里面安装防水透气膜。该防水透气膜是以无纺布和织物作为支撑体，再在其表面贴合膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）膜后而被使用。e-PTFE膜虽具有优良的防水、拨水、防油的特点，但随着今后的ECU高性能化，考虑到发热量的增加等问题，防水透气膜的透气性难以被满足。此外，在其他的电子机器中也因为高性能化而引发的发热量增大问题，要求透气度和耐高温性越来越高。此外，目前市场上也有采用聚苯硫醚纱线织造成的防水透气材料，该材料虽具有优良的防水、透气性能，但采用的聚苯硫醚纤维因为生产工艺复杂、原材料价格高，且后加工过程中所需条件苛刻，因此整体成本较高。
如日本专利特开H07-126428公开了一种采用尼龙织造而成的织物作为骨架材料，然后在其表面涂敷氟素类树脂后加工而成的防水透气膜材料，该防水透气膜材料虽具有优良的防水、防油性，但由于该防水透气膜材料表面涂敷有树脂，其通气度低，而且工艺复杂，并未实现单层结构的特点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防水性好、通气性高、耐久性优异的防水透气材料。
本发明的另一目的在于提供一种生产工艺简单、成本低的防水透气材料的制造方法。
本发明的技术方案如下：一种防水透气材料是由纤度在200dtex以下的涤纶或尼龙长丝构成的涤纶或尼龙织物，该防水透气材料的泡点孔径与最小孔径的差值为2～10μm，且该防水透气材料的耐水压在1000～2000mmH2O。
本发明防水透气材料的表面粗糙度优选为5～15μm。
本发明防水透气材料的体积密度优选为0.5～1.4g/cm3。
本发明防水透气材料的覆盖系数为1500～2400。
本发明防水透气材料中涤纶或尼龙长丝是由扁平度在1.5～5.0之间的单丝构成。
本发明的有益效果是：本发明的防水透气材料改善了以往防水透气材料的低透气性问题，提高了压力调整能力。特别是采用细纤度的涤纶或尼龙长丝形成高密度织物作为防水透气材料，不仅具有防水性好、通气性高、耐久性优异的特点，还具有生产工艺简单、成本低、实现单层结构的特点。
具体实施方式
本发明防水透气材料是由纤度在200dtex以下的涤纶或尼龙长丝构成的涤纶或尼龙织物，该防水透气材料的泡点孔径与最小孔径的差值为2～10μm，且该防水透气材料的耐水压在1000～2000mmH2O。本发明的防水透气材料一般与部材贴合使用,部材一般多是用铝和热塑性聚合物形成，从防水透气材料与部材的贴合成型性这点来考虑，构成本发明防水透气材料的原料纤维的成纤聚合物为热塑性聚合物，可以与部材直接贴合成型，工艺简单，这里的热塑性聚合物为涤纶或尼龙。考虑到原料简单易得、生产成本低，且涤纶或尼龙长丝的轧光效果好，制得的织物表面均匀工整，有利于提高涤纶或尼龙织物的耐水压性能。本发明的防水透气材料不像现行品的PTFE膜那样，需要支撑体,而是单层结构的织物层。另外，现行品PTFE膜的表面自由能量低，虽然具有优良的防水、防油性，但相反和其他聚合物的相容性很低，与部材贴合成型时需要用特殊技术，缺乏通用性。
本发明的涤纶或尼龙长丝织物是由经纱与纬纱交织而成的机织物，作为经纱和纬纱的涤纶或尼龙长丝的纤度在200dtex以下。该涤纶或尼龙长丝的细度越细的话，织造缝隙就越小，那么制得织物的防水性就越高。如果涤纶或尼龙长丝的纤度大于200dtex的话，纤维变粗，在同等紧密程度的情况下，织物间的间隙就变大，导致织物的泡点孔径变大，进一步就会使得织物的泡点孔径与最小孔径的差值变大。织物的泡点孔径变大，织物间的间隙就变大，耐水压测试时布面就很容易出现水滴，这里的耐水压值是指样品表面出现第三滴水珠时的耐水压平均值，因此最终导致织物的耐水压性能下降。考虑到织物的织造性能和耐水压性能，上述涤纶或尼龙长丝的纤度优选40～100dtex。
本发明防水透气材料的泡点孔径与最小孔径的差值为2～10μm，如果防水透气材料仅仅只是普通织物的话，织物间间隙的存在导致其防水性能太低，因此防水透气材料的设计就变得尤为重要。为了达到防水性好、通气度高的目的，本发明考虑使用高密度织物，这里的高密度织物是指经纬纱紧密组合，这就意味着织物间隙变小了。此时，织物间隙的大小用织物的泡点孔径与最小孔径的差值大小来衡量，因此织物结构中的泡点孔径与最小孔径的差值大小起着关键性的作用。当涤纶或尼龙织物的泡点孔径与最小孔径的差值小于2μm时，就会导致织物的紧密度过高，此时耐水压虽然可以得到提高，但是防水透气材料的透气性会相应下降，那么就会直接影响到与防水透气材料相贴合的部材内部与外部的气压调整及热量的传递；当泡点孔径与最小孔径的差值大于10μm时，织物间的间隙就变大，采用耐水压测试时布面就很容易出现水滴，防水透气膜的耐水压会较差，达不到基本的防水效果。考虑到满足耐水压的使用要求，同时具有较高的通气度，涤纶或尼龙织物的泡点孔径与最小孔径的差值优选3～5μm。
本发明防水透气材料的耐水压为1000～2000mmH2O，如果耐水压低于1000mmH2O的话，织物的防水效果会变差；根据防水透气膜的使用要求，当然其耐水压越高越好，但如果耐水压高于2000mmH2O，就要求织物足够致密化且对后加工条件要求苛刻，织物在具有高耐水压的同时通气性能会下降。为了满足不同应用领域产品的使用要求，且为了进一步提高其防水性，本发明防水透气材料的耐水压优选1200～2000mmH2O。
本发明防水透气材料的表面粗糙度为5～15μm，粗糙度用Ra値表示。如果涤纶或尼龙织物表面粗糙度偏大的话，在后道裁切对齐时，摩擦力过大，易产生褶皱，且与其他部件进行贴合时，贴合紧密性也变差；如果涤纶或尼龙织物表面粗糙度偏小的话，当防水透气材料被粘贴到箱体等上时，贴合性差，容易脱落。本发明涤纶或尼龙织物的表面粗糙度优选在这个范围，既有利于裁切，又对与其他部材的组合成型性有利。
上述织物中泡点孔径和最小孔径的大小是直接由织物的体积密度来决定的，所说的体积密度也就是单位体积内纤维的重量。如果织物的体积密度越大，织物内空隙越少，这就表明通气度就越小，防水性反而增强；如果织物的体积密度越小，通气度虽得到了提高，但防水性变差。为了满足防水性好、同时通气度又高的要求，本发明防水透气材料的体积密度为0.5～1.4g/cm3，优选0.8～1.2g/cm3。
当织物的结构和覆盖系数确定之后，其克重也就被固定，体积密度就不会变，那么织物的覆盖系数（CF）也间接影响着织物的防水性和通气性。织物的覆盖系数（CF）是表征织物紧密程度的参数，覆盖系数越高，表明织物越紧密，泡点孔径与最小孔径的差值就越小，那么织物的通气度低、防水性高。从织物的防水性考虑，织物的CF最好定为1500以上，如果CF为2400以上的话，耐水压就会达到2000mmH2O以上。另一方面，织物的CF过高的话，这就表明织物太紧密，这样不仅加大了织造的难度，还会降低透气性。因此，考虑到织物的防水性以及通气性等问题，本发明的涤纶或尼龙织物的覆盖系数为1500～2400，更优选2000～2400。
上述织物的组织为平纹、斜纹、缎纹及其变化组织、多重组织。其中，平纹织物的交织点最多、紧密度最大，从防止织造缝隙偏差、提高防水等方面考虑，优选平纹组织。当织物为多重组织时，例如当织物为纬二重、纬三重，或者多层织物时，可以在织造紧度有限的条件下，进一步提高经纱或纬纱的密度，从而提高织物的防水性。例如还可以通过改变织物的结构来提高其通气性，即经纬纱采用不同细度的丝，通过双重织物结构的设计，使织物表层呈现出比里层纤维细度更细的双层结构，细纤度面可以起到高防水性的作用，粗纤度面可以起到高通气性的作用。
为了提高最终织物的耐水压以及通气度，本发明的涤纶或尼龙长丝可以为假捻加工丝，如空气交络丝等。在同等织物覆盖系数的条件下，提高织物的体积密度和立体效果，进而在提高耐水压的情况下，又有利于改善其通气度。考虑到织造性，长丝的捻度优选60T/m以下。
本发明涤纶或尼龙长丝是由扁平度在1.5～5.0之间的单丝构成，上述扁平长丝的扁平度为断面的长轴A和短轴B之比。扁平状的单丝织造成的织物，与同等条件的圆形断面单丝织造成的织物相比，扁平状的丝与丝之间易于横向交叠，覆盖面积加大，织造缝隙可以很好地被覆盖，同时还可以降低织物的厚度，从而提高操作性和减少部件体积。如果单丝的扁平度在该范围的话，织物的缝隙能被很好地覆盖，从而使得织物的泡点孔径与最小孔径的差值减小，这样就容易提高防水透气材料的防水性。考虑到织物的织造性能和耐水压，本发明的单丝的扁平度优选1.5～4，更优选2～4。
测试压力125Pa下，本发明的防水透气材料的通气度为0.2～3.0cm3/cm2/s。如果防水透气材料的通气度过大的话，织物的防水性会降低，考虑到涤纶或尼龙织物的防水性以及通气性平衡，本发明防水透气材料的通气度优选1.0～3.0cm3/cm2/s。
为了提高织物的耐水压，一般采用如下方法：（1）将织物所采用的单丝细度极细化和单丝断面扁平化；（2）将织物高密度化；（3）使用防水剂对丝或织物进行防水加工；（4）通过轧光加工等热压缩加工来压缩织物的厚度。
本发明防水透气材料的制造方法包括如下步骤：采用涤纶或尼龙长丝进行织造，制得坯布，再进行精炼、拒水、干燥、热定型、轧光的后整理加工，最终制得成品，所述轧光温度为180～210℃，压力为25～200kgf/cm，速度为2～15m/min。
提高本发明防水透气材料的耐水压方法之一就是通过轧光加工，目的是将纤维压紧，填埋织造空隙。涤纶的结晶温度为160℃、熔点为255℃，当轧光温度在180℃以上时，涤纶纤维发生变形，所得织物的紧密度就提高。当轧光温度低于涤纶熔点255℃时，虽可以抑制涤纶纤维的劣化，但是如果温度过高，越接近熔点的话，纤维的流动性加强，部分纤维开始融解，会造成织物强力的劣化，同时织物在加工过程中也容易由于热收缩的产生，造成织物起皱，生产加工性变差。考虑到生产加工性和产品的稳定性等因素，轧光温度优选190～210℃，为了进一步优化织物的耐水压和通气度，轧光加工温度更优选190～200℃。
从生产加工性和加工效果考虑，轧光压力为25～200kgf/cm，如果轧光压力小于25kgf/cm的话，织物与轧棍的接触不够充分，织物就不能受到充分的热加工，轧光效果不好，耐水压性能低；如果轧光压力大于200kgf/cm的话，织物中纱线被压扁程度加大，织物的间隙就被堵住，导致其通气性能下降。为了得到较好的耐水压，同时提供较高的通气性，轧光压力优选50～200kgf/cm。另外，从生产性方面考虑，轧光加工速度选择2m/min以上，考虑到对织物进行充分的热加工，轧光加工速度选择15m/min以下。如果轧光速度小于2m/min的话，织物受到过度的热加工会对织物造成损伤，导致强度降低，且速度太低会造成生产效率低，生产成本提高；如果轧光速度大于15m/min的话，轧光效果不佳，导致纱线之间的孔隙没有明显降低，耐水压效果不好。
为了突出显眼的效果，如手机（耳机，麦克风等）和数码相机等，可以对防水透气材料进行染色处理。从这点来看，如果成纤聚合物是涤纶的话，由于其容易染色，所以颜色变化也丰富。
本发明的防水透气材料是由织物形成，是单层结构的织物层，长丝可能会从织物边缘脱落，因此，本发明的防水透气材料的织物端部优选部分纤维呈融着状态。这样，防止长丝从膜织物上脱落的同时，也可以防止长丝端部钩住等情况，可以提高操作性。
本发明的防水透气材料可以与已有的圆形透气孔相对应进行裁断,当然，透气孔为方形的时候，织物就可以相对应地裁断成方形等，可以根据需要,形成多种形状的裁断。此外，本发明的防水透气材料可以和箱体等部材直接贴合成型。
下面用实施例及比较例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于这些实施例。其中，实施例及比较例中的各物性按下面的方法测试。
【经纬向密度】
根据JIS L1096 8.6密度法，用密度镜来测量织物的经纬向密度。
【克重】
根据JIS L1096 8.4.2法，在标准状态下剪取20cm×20cm的实验片3个，每个在标准状态下称其质量，按照计算公式：克重=质量/面积，求出每块实验片的克重，取平均值。
【体积密度】
体积密度［g/cm3］＝（防水透气材料的重量［g］）/（防水透气材料的体积［cm3］）。
【覆盖系数】
，
其中：NW：织物的经向密度（根/英寸）；
DW：织物中经向纱线的细度（dtex）；
Nf：织物的纬向密度（根/英寸）；
Df：织物中纬向纱线的细度（dtex）。
【泡点孔径和最小孔径】
根据ASTMF316-03标准，采用毛管流动孔隙测量仪（PMI公司产品，型号：CFP-1100-AE）测量织物孔径，设定工作模式为wet-up/dry-down模式，测试环境为20±2℃，65±4%RH。将织物样品放在样品室中，用表面张力为15.9 dynes/cm的斯维克硅酮液（silwick silicone Fluid）润湿。样品室的底部夹件具有直径2.54cm、厚度为3.175 mm的多孔金属盘插件，样品室的顶部夹件具有3.175mm直径的孔洞，织物泡点孔径和最小孔径的值可以直接读出。取两次测量的平均值为最终的泡点孔径值和最小孔径值。泡点孔径的定义：需要一定压力才能使气体冲破已经湿润的滤膜，气体大量从膜孔流出这一点的压力值就是这个膜的泡点，测定这一压力值对应的孔径即泡点孔径。
【通气度】
根据JIS L1096 8.27.1A法，用FX-3300通气度测试仪，将样品在无张力的状态下，放在测试区，调节气压125Pa，为避免测试点的重复，测试时将样品斜向移动以得到不同经、不同纬的测试点，每一样品至少测试5次，取平均值。
【耐水压】
根据JIS L1092 静水压法，用FX-3300耐水压测试仪，将样品在无张力的状态下，放在测试区，调节蒸馏水上升的速度为60cm/min，当样品表面出现第三滴水珠时，测试结束，记录此时的耐水压值，每一样品至少测试5次，取平均值。
【粗糙度Ra】
根据JIS B0601标准，用MarSurf粗糙度测试仪，将样品在无张力状态下，平整地放置在测试探头下方，将测试探头调节至刚好与样品表面接触，开始测试，测试结束，记录粗糙度，每一样品至少测5次，取平均值。
【效果评价方法】
（1）成本：按3级来评价
◎：成本较低，
○：成本适中，
△：成本较高。
（2）单层结构：按2级来评价
◎：不需要与其他结构层复合，可以单层直接使用，
△：单层无法使用，需要与支撑层和防水层复合使用。
（3）裁剪加工性：按3级来评价
◎：可进行多层同时裁剪，层叠方便，不易起皱，
○：可进行多层同时裁剪，但容易起皱 ，
△：由于容易破损及起皱等原因，不可以进行多层同时裁剪。
（4）贴合性：按3级来评价
◎：可以直接热熔贴合或使用普通粘合剂方便贴合，加工工序简单，贴合强力高，
○：可以直接热熔贴合或使用普通粘合剂方便贴合，加工工序简单，
△：表面自由能量低，与其他材料相容性差，需要对材料表面进行特殊加工后，进行贴合，加工工序复杂。
实施例1
采用纤度为200dtex、根数为72根、扁平度为2.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为92根/英寸、纬纱密度为74根/英寸的涤纶平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为190℃、压力为100kgf/cm、速度为15m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2350、体积密度为1.35g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例2
采用纤度为110dtex、根数为72根、扁平度为2.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为93根/英寸、纬纱密度为89根/英寸的涤纶平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为200℃、压力为180kgf/cm、速度为5m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为1909、体积密度为0.90g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例3
采用纤度为55dtex、根数为72根、扁平度为3.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为162根/英寸、纬纱密度为136根/英寸的涤纶平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为210℃、压力为40kgf/cm、速度为12m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2210、体积密度为0.80g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例4
采用纤度为110dtex、根数为72根、扁平度为4.0的尼龙长丝进行织造，制得经纱密度为85根/英寸、纬纱密度为66根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为180℃、压力为70kgf/cm、速度为2m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为1584、体积密度为0.64g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例5
采用纤度为55dtex、根数为72根、扁平度为3.0的尼龙长丝进行织造，制得经纱密度为124根/英寸、纬纱密度为113根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为190℃、压力为130kgf/cm、速度为5m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为1758、体积密度为0.70g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例6
采用纤度为22dtex、根数为72根、扁平度为4.0的尼龙长丝进行织造，制得经纱密度为244根/英寸、纬纱密度为216根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为200℃、压力为100kgf/cm、速度为10m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2158、体积密度为0.50g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
实施例7
采用纤度为22dtex、根数为72根、扁平度为1.0的尼龙长丝进行织造，制得经纱密度为244根/英寸、纬纱密度为213根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为200℃、压力为100kgf/cm、速度为10m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2144、体积密度为0.43g/cm3的防水透气材料。本发明的防水透气材料的各物性示于下表1。
比较例1
采用纤度为440dtex、根数为110根、扁平度为1.0的PPS长丝进行织造，制得经纱密度为70根/英寸、纬纱密度为47根/英寸的PPS平纹织物，再依次进行精炼、干燥、在温度为170℃条件下热定型加工，最终制得覆盖系数为2843、体积密度为1.36g/cm3的防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
比较例2
采用纤度为55dtex、根数为72根、扁平度为2.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为161根/英寸、纬纱密度为137根/英寸的涤纶平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型加工，最终制得覆盖系数为2210、体积密度为0.53g/cm3的防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
比较例3
采用纤度为55dtex、根数为72根、扁平度为2.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为162根/英寸、纬纱密度为136根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为150℃、压力为5kgf/cm、速度为1m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2210、体积密度为0.65g/cm3的防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
比较例4
采用纤度为55dtex、根数为72根、扁平度为2.0的涤纶长丝进行织造，制得经纱密度为162根/英寸、纬纱密度为135根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、防水加工、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为230℃、压力为20kgf/cm、速度为18m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为2203、体积密度为0.97g/cm3的防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
比较例5
采用纤度为110dtex、根数为72根、扁平度为1.0的尼龙长丝进行织造，制得经纱密度为64根/英寸、纬纱密度为45根/英寸的尼龙平纹织物，再依次进行精炼、干燥、在温度为170℃条件下热定型、在温度为160℃、压力为10kgf/cm、速度为20m/min的条件下轧光加工，最终制得覆盖系数为1143、体积密度为0.33g/cm3的防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
比较例6
将克重为49g/m2的PP纺粘非织造布与克重28g/m2的膨体聚四氟乙烯（EPTFE）膜进行复合，最终制得防水透气材料。该防水透气材料的各物性示于下表2。
表1
表2