CN104108211B - 一种轻质高强充气膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轻质高强充气膜结构材料及其制备。本充气膜材料是一种承力层双面流延贴覆焊接阻隔层并刮涂耐候层复合而成的高阻气、高强度、低面密度材料。所述充气膜材料的耐侯层具有自洁性、耐腐蚀性、防霉菌和耐候性。焊接阻隔层材料为聚醚型TPU，流延厚度为0.10‑0.11mm，TPU单层涂布量是120‑130g/m2。耐候层的涂敷材料为含20‑28重量％的聚偏氟乙烯，耐候层的厚度为5‑10μm，涂敷材料的辊涂量为5‑10g/m2。本发明的制备工艺采用双面流延TPU膜工艺再在表面涂刮高耐厚层PVDF，制备工艺简单，可以实现膜与膜、膜与布之间的良好贴合并。所生产的膜材料质轻高强，气体阻隔性高，在同等强度下，重量比其他膜材料降低一倍以上，能够更好的提高膜结构的设计灵活性和抵抗风、雨、雪等恶略天气的能力。
Description
技术领域
本发明属于建筑型充气材料，具体涉及一种轻质高强充气膜材料及其制备方法。
背景技术
充气膜材料是一种具有阻气阻水并具有一定强度的高性能材料，主要用于建筑行业、移动式机库、艇库、帐篷和充气船艇等水上用品等。现有技术的建筑用膜材料多为一定配方的糊状聚氯乙烯(PVC)树脂刮涂在涤纶或尼龙纤维布上，其重量重，阻气阻湿性、耐摩擦、耐腐蚀性能较差；而性能较好的建筑膜材料PTFE+玻纤织物以及ETFE气枕膜材料价格贵、重量重，这些现有的建筑用膜材料不能满足日益提高的对膜材料的性能要求和定量需求，尤其是在做大跨度可移动建筑膜结构时，需要进行各种力学分析和结构计算，对材料自重的要求很高，材料自重越大，可设计的跨度就越小，所能承受的风雨雪载能力就越低，甚至面对难以充起的状况。因此，力学性能好、重量低、高耐候、易加工的膜材料会带给膜建筑工业一个历史性的革命，具有更强的结构可设计性和耐恶略环境性能的轻质高强膜材料是以后建筑膜材料工业发展的总体趋势。
本发明的膜材料采用高强轻质芳族聚酯纤维采用Panama织法得到高强高模的纤维布，经过表面处理后在双面流延一定厚度的聚醚型TPU膜，然后再喷涂具有高自洁性能的耐候层PVDF，制成轻质高强、耐候性优良的膜材料。其中，同等力学强度的芳纶聚酯纤维织物比普同涤纶织物轻3-4倍，而TPU的耐磨性能是PVC的6倍，阻气性能是PVC的2-3倍，断裂强度和撕破强度是PVC的2-3倍，抗穿破性是PVC的4倍；而聚醚型TPU具有较好的耐水解性能、低温柔韧性、优良的耐候性和高频焊接性，有利于材料的后期加工成型。虽然，TPU的价格是PVC的4-5倍，但是通过采用轻质高强的芳族聚酯纤维布，可在保证同等性能的基础上减少TPU材料的用量，使成本基本不变，但却有更好的性能。除此，本发明还具有制备工艺简单的特点。
发明内容
本发明的目的就是提供一种轻质高强的充气膜材料及其制备方法。
本发明提供的充气膜材料，主要包括：耐候层、焊接阻隔层和承力层，其特征在于：所述承力层的双面都依次接合所述阻隔层(2)和耐候层(1)，所述焊接阻隔层(2)通过流延工艺贴覆到所述承力层(3)上，所述耐候层(1)涂敷在所述焊接阻隔层(2)上。
优选地，焊接阻隔层材料为聚醚型TPU，流延厚度为0.10-0.11mm，TPU单层涂布量是120-130g/m2。
优选地，聚醚型TPU材料中掺加有色母料、抗霉菌剂和抗UV试剂。
优选地，耐候层的涂敷材料为含20-28重量％的聚偏氟乙烯，耐候层的厚度为5-10μm，涂敷材料的辊涂量为5-10g/m2。
优选地，耐候层通过辊涂、刮涂或喷涂工艺涂敷到焊接阻隔层上，其中耐候层的涂敷材料还含有丙烯酸树脂、颜料和乙酸乙酯溶剂，PVDF树脂、丙烯酸树脂、颜料和乙酸乙酯溶剂的重量份依次为20-28、8-12、8-18和50-60。
优选地，承力层为浸润了含5-10重量％的钛白粉乳液的聚氨酯胶液的芳香族聚酯纤维织物，浸渍胶液后承力层厚度为0.11～0.12mm，芳香族聚酯纤维织物的编织丝为经纬向各200D丝，编织方法采用Panama织法。
优选地，所述充气膜材料总厚度为0.34-0.36mm。
本发明提供的所述的充气膜材料的制备方法如下：首先将承力层进行电晕及浸渍含5-10重量％的钛白粉乳液的聚氨酯胶液，收卷熟化后送至流延；双面流延聚醚型TPU膜，烘干后在表面辊涂PVDF，制得所述充气膜材料。
优选地，所述方法包括以下步骤：
步骤一：首先是织布机采用panama织法对200D的芳族聚酯纤维进行15*15的编织，编织好后经过水溶性PU定型剂对布料定型并干燥。
步骤二：将定型干燥好的芳族聚酯纤维布进行电晕处理，输出电压10KV；
步骤三：将电晕处理后的纤维布进行反复浸渍聚氨酯胶液处理，上胶量控制在10g/m2，上胶后经过温度为100-110℃，长度为10～15m的烘道；
步骤四：将步骤三得到的处理后的芳香族纤维布，双表面流延加入色母料、抗菌剂和抗UV剂的聚醚型TPU膜各100μm，流延后收卷熟化；
步骤五：将熟化后的TPU流延布双表面辊涂配置好的PVDF膜5-10μm，并再次熟化，即完成最终的充气膜材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了阻气阻水性好、质轻高强、耐候性好、具有自洁功能等性能，制备方法易于操作和控制。主要体现在以下几个方面：
1、本发明涉及的一种轻质高强充气膜材料及其制备方法，它的阻气阻水性能主要通过TPU膜来实现，较以前的PVC膜具有更好的阻气性、耐候性、高频焊接性、耐磨性和力学性能。
2、本发明涉及的一种轻质高强充气膜材料及其制备方法，采用的芳族聚酯纤维布代替之前的涤纶或尼龙布，所得织物面密度仅为55～60g/m2，具有更高的强度和更轻的质量，受力变形小，与性能优异的TPU组合使用，可以提升建筑膜结构的安全性和提高建筑膜结构的设计尺寸。
3、本发明涉及的一种轻质高强充气膜材料及其制备方法，耐候层选用PVDF，具有较好的耐候性和自洁功能，有效阻止内部材料的老化，并可以较长时间保持膜材料表面的洁净，且易清洁。
4、本发明涉及的一种轻质高强充气膜材料及其制备方法，承力层选用的Panama织物在与膜复合前，经定型胶水作浸渍处理，并经过电晕和反复浸胶，提高了织物的抗拉能力，并有利于织物与TPU流延膜的复合，提高膜与布之间的剥离强度，提高膜材料的耐揉搓性能。
5、本发明涉及的一种轻质高强充气膜材料及其制备方法，承力层浸渍含5％-10％的钛白粉乳液聚氨酯胶液，可以减少紫外线对纤维布的辐射，保证承重层的力学强度，提高材料寿命。
附图说明
图1为本发明一种轻质高强充气膜材料的结构形式示意图；
其中：1-耐候层，2-焊接阻隔层，3-承力层
图2为本发明一种轻质高强充气膜材料的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明提供的一种充气膜材料由外至内分别由耐候层、焊接阻隔层、承力层、焊接阻隔层、耐候层，同时具备质轻高强、阻气阻水性好、耐候性好、自洁性优异的性能特点。
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
该充气膜材料的耐候层位于膜材料的最外层，以抵抗太阳强紫外线辐射和大气及环境腐蚀，所选用材质为聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，其构成为PVDF树脂24重量份，丙烯酸树脂11重量份，颜料14重量份，乙酸乙酯溶剂55％。该层膜通过辊涂涂覆到充气膜材料最外层，能够很好的贴合在焊接阻隔层上。具有优异的耐候性、抗折皱性，耐磨损性和自洁性
所述焊接阻隔层为含有1重量份色母料、3重量份抗霉菌剂、2重量份抗UV剂和4重量份的聚醚型TPU流延膜。单层TPU流延膜面密度为125g/m2，厚度优选为0.11mm。
所述承力层为200D芳香族聚酯纤维织物，主要用来承受膜材料充气内压并确保膜材料的强度。该织物的编织方法采用Panama织法，经纬向15*15编织密度，所得织物面密度仅在60g/m2。该织物经水性PU定型剂定型处理使经纬向丝在收卷时不变形；干燥后做电晕处理，使织物表面活性增高，易于流延贴覆；经反复浸渍含5重量％的钛白粉乳液的聚氨酯胶液处理，起到阻隔紫外线流延胶结TPU的作用。
为了更直观的了解所述的充气膜材料的结构，下面结合附图进行说明。如图1所示，各层结构依次为：耐候层1，焊接阻隔层2，承力层3。图2为充气膜材料的制备过程。
本发明的制备工艺如图2所示，包括以下步骤：
步骤一：首先用织布机采用panama织法对200D的芳族聚酯纤维进行15*15的编织，编织好后经过水溶性PU定型剂对布料定型并干燥。
步骤二：将定型干燥好的芳族聚酯纤维布进行电晕处理，设置输出电压10KV；
步骤三：将电晕处理后的纤维布进行反复浸聚氨酯胶液处理，上胶量控制在约10g/m2，上胶后经过温度为100-110℃，长度为10-15m的烘道烘干；
步骤四：聚醚型TPU粒料首先进行干燥2-3h，干燥完成后将粒料填到双螺杆混合机中，按比例填加色母料、抗菌剂、抗UV剂，在双螺杆混合机中充分混合，然后将步骤三得到的处理后的芳香族纤维布，双面流延贴覆TPU挤出膜0.11mm，流延后收卷熟化；
步骤五：将熟化后的TPU流延布双面辊涂配置好的PVDF膜8μm，并再次熟化，即完成最终的充气膜材料。
本实施方式中创新的采用浸渍聚氨酯胶液中添加定量钛白粉，有效削减太阳光紫外线辐射，利于织物维持本身力学性能，提高充气膜材料的使用寿命。
本实施方式中使用芳香族聚酯纤维Panama织物作为膜材料的承力层，聚醚型TPU作为阻隔层，二者进行匹配，在不减弱其它性能的基础上，有效的达到材料的轻质高强的目的。
膜材料具体的性能数据如下：
1、具体实施后所得膜材料，面密度测试实验结果如下表：
| 结构层名称 | 耐候层/双层 | 焊接阻隔层/双层 | 承力层/单层 | 浸渍胶液 | 总重 |
| 克重(g/m2) | 10 | 125 | 60 | 10 | 340 |
2、具体实施后所得膜材料，阻气性和力学性能测试实验结果如下表：
| 性能 | 数值 | 测试标准 |
| 透氦率 | 298ml/(m2·24h·0.1MPa) | ASTM D1434 |
| 克重 | 340g/m2 | |
| 剥离强度 | 230N/5cm | |
| 经向抗拉强度 | 650.2N/cm | GB/T3820-1997 |
| 纬向抗拉强度 | 677.5N/cm | GB/T3820-1997 |
Claims (6)
1.一种充气膜材料，主要包括：耐候层(1)、焊接阻隔层(2)和承力层(3)，其特征在于：所述承力层(3)的双面都依次接合所述阻隔层(2)和耐候层(1)，所述焊接阻隔层(2)通过流延工艺贴覆到所述承力层(3)上，所述耐候层(1)涂敷在所述焊接阻隔层(2)上，
焊接阻隔层材料为聚醚型TPU，流延厚度为0.10-0.11mm，TPU单层涂布量是120-130g/m2，
耐候层(1)的涂敷材料为含20-28重量％的聚偏氟乙烯，耐候层(1)的厚度为5-10μm，涂敷材料的辊涂量为5-10g/m2，
承力层(3)为浸润了含5-10重量％的钛白粉乳液的聚氨酯胶液的芳香族聚酯纤维织物，浸渍胶液后承力层(3)厚度为0.11～0.12mm，芳香族聚酯纤维织物的编织丝为经纬向各200D丝，编织方法采用Panama织法。
2.根据权利要求1所述的充气膜材料，其特征在于：聚醚型TPU材料中掺加有色母料、抗霉菌剂和抗UV试剂。
3.根据权利要求1所述的充气膜材料，其特征在于：耐候层(1)通过辊涂、刮涂或喷涂工艺涂敷到焊接阻隔层上，其中耐候层的涂敷材料还含有丙烯酸树脂、颜料和乙酸乙酯溶剂，PVDF树脂、丙烯酸树脂、颜料和乙酸乙酯溶剂的重量份依次为20-28、8-12、8-18和50-60。
4.根据权利要求1所述的充气膜材料，其特征在于：所述充气膜材料总厚度为0.34-0.36mm。
5.权利要求1-4任一项所述的充气膜材料的制备方法，其特征在于：首先将承力层进行电晕及浸渍含5-10重量％的钛白粉乳液的聚氨酯胶液，收卷熟化后送至流延；双面流延聚醚型TPU膜，烘干后在表面辊涂所述涂敷材料，制得所述充气膜材料。
6.根据权利要求5所述的充气膜材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：首先是织布机采用panama织法对200D的芳族聚酯纤维进行15*15的编织，编织好后经过水溶性PU定型剂对布料定型并干燥；
步骤二：将定型干燥好的芳族聚酯纤维布进行电晕处理，输出电压10KV；
步骤三：将电晕处理后的纤维布进行反复浸渍聚氨酯胶液处理，上胶量控制在10g/m2，上胶后经过温度为100-110℃，长度为10～15m的烘道；
步骤四：将步骤三得到的处理后的芳族聚酯纤维布，双表面流延加入色母料、抗霉菌剂和抗UV试剂的聚醚型TPU膜各100μm，流延后收卷熟化；
步骤五：将熟化后的TPU流延布双表面辊涂配置好的所述涂敷材料5-10μm，并再次熟化，即完成最终的充气膜材料。
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