斜紋牛津布與TPU複合結構粘合牢度測試方法研究 一、引言 隨著高性能紡織材料的廣泛應用，複合織物在戶外裝備、運動服飾、工業防護等領域中扮演著越來越重要的角色。其中，斜紋牛津布因其高強度、耐磨性...
斜紋牛津布與TPU複合結構粘合牢度測試方法研究
一、引言
隨著高性能紡織材料的廣泛應用，複合織物在戶外裝備、運動服飾、工業防護等領域中扮演著越來越重要的角色。其中，斜紋牛津布因其高強度、耐磨性和良好的手感被廣泛應用於箱包、帳篷等產品；而熱塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）則以其優異的彈性、耐油性和防水性能成為理想的塗層或複合材料。將斜紋牛津布與TPU進行複合，不僅能提升麵料的功能性，還能增強其耐用性。
然而，在實際應用過程中，斜紋牛津布與TPU之間的粘合牢度直接影響到複合材料的使用壽命和功能性。因此，如何科學、準確地評估其粘合牢度成為研究人員和工程技術人員關注的重點問題之一。
本文旨在係統介紹斜紋牛津布與TPU複合結構粘合牢度的測試方法，包括相關標準、實驗設計、儀器設備、操作流程及結果分析等內容，並結合國內外新研究成果，為相關領域的研發與生產提供參考依據。
二、材料特性與複合結構簡介
2.1 斜紋牛津布特性
斜紋牛津布是一種由滌綸、尼龍或棉纖維編織而成的斜紋組織織物，具有以下主要特點：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 織法 | 2/2斜紋組織 |
| 纖維種類 | 滌綸、尼龍、棉 |
| 密度 | 中高密度，常見為210D-600D |
| 表麵特征 | 輕微凹凸感，手感柔軟 |
| 功能性 | 抗撕裂性強，耐磨性好 |
2.2 TPU材料特性
TPU是一種線性嵌段共聚物，具有優異的機械性能和環境適應性，常用於複合材料中的塗層層或支撐層。其主要性能如下：
| 性能指標 | 參數範圍 |
|---|---|
| 拉伸強度 | 30–80 MPa |
| 伸長率 | 300%–700% |
| 硬度（邵氏A） | 60–95 |
| 耐溫性 | -30°C～120°C |
| 耐磨性 | 極佳 |
| 粘接性能 | 可通過改性提高 |
2.3 複合結構組成
斜紋牛津布與TPU的複合方式通常采用熱壓複合工藝，其中TPU以薄膜形式貼附於織物表麵，形成“織物-膠膜”雙層結構。該結構可進一步細分為：
- 單麵複合：TPU僅塗覆於織物一側；
- 雙麵複合：織物兩側均複合TPU，適用於高防水要求場景；
- 多層複合：加入中間隔離層或其他功能層（如透氣膜）。
三、粘合牢度測試標準與方法概述
粘合牢度測試是評估複合材料界麵結合強度的重要手段。根據國際和國內相關標準，常用的測試方法主要包括剝離強度測試、剪切強度測試、拉伸強度測試等。
3.1 國際標準
| 標準名稱 | 編號 | 內容摘要 |
|---|---|---|
| ASTM D2228 | Standard Test Methods for Rubber-Coated Fabrics | 涵蓋剝離、拉伸等多種測試方法 |
| ISO 36 | Rubber-coated fabrics — Determination of adhesion strength | 剝離強度測試標準 |
| EN 29233 | Textiles — Coated fabrics — Determination of peel adhesion | 歐洲標準，專用於塗層織物粘合測試 |
3.2 國內標準
| 標準名稱 | 編號 | 內容摘要 |
|---|---|---|
| GB/T 2790 | 膠粘劑180°剝離強度試驗方法 | 主要用於膠帶類產品 |
| FZ/T 60034 | 針織複合織物粘合牢度測試方法 | 針對針織類複合材料 |
| GB/T 13022 | 塑料薄膜拉伸性能測試方法 | 可用於TPU薄膜本身性能檢測 |
四、粘合牢度測試方法詳解
4.1 剝離強度測試（Peel Strength Test）
4.1.1 原理
剝離強度測試通過測量剝離單位寬度所需力值來評估兩層材料之間的粘合強度。常用角度為90°和180°。
4.1.2 實驗裝置
- 萬能材料試驗機
- 夾具（上下夾持器）
- 樣品切割刀具
4.1.3 實驗步驟
- 製備樣品：尺寸一般為25mm × 200mm；
- 固定試樣：一端固定於上夾具，另一端固定於下夾具；
- 設置參數：拉伸速度設定為100 mm/min；
- 啟動測試：記錄剝離過程中的大力值；
- 數據處理：計算平均剝離強度（N/cm）。
4.1.4 結果示例
| 測試編號 | 平均剝離強度（N/cm） | 失效模式 |
|---|---|---|
| A1 | 5.2 | 界麵剝離 |
| A2 | 4.8 | 內聚破壞 |
| A3 | 5.0 | 界麵剝離 |
4.2 剪切強度測試（Shear Strength Test）
4.2.1 原理
剪切強度測試用於評估材料界麵在平行方向上的抗剪能力，反映粘結層抵抗橫向力的能力。
4.2.2 實驗裝置
- 剪切夾具
- 材料試驗機
4.2.3 實驗步驟
- 製備樣品：重疊區域不少於25mm×25mm；
- 安裝樣品：確保受力方向垂直於粘接麵；
- 設定速度：50 mm/min；
- 加載至失效，記錄大剪切力；
- 計算剪切強度（MPa）。
4.2.4 結果示例
| 測試編號 | 大剪切力（N） | 剪切麵積（mm²） | 剪切強度（MPa） |
|---|---|---|---|
| B1 | 120 | 625 | 0.192 |
| B2 | 115 | 625 | 0.184 |
| B3 | 125 | 625 | 0.200 |
4.3 拉伸強度測試（Tensile Adhesion Test）
4.3.1 原理
拉伸粘合強度測試用於評估複合材料在垂直方向上的粘結性能，尤其適用於多層複合結構。
4.3.2 實驗裝置
- 拉伸試驗機
- 自對中夾具
4.3.3 實驗步驟
- 樣品製備：尺寸50mm × 150mm；
- 夾持樣品：確保受力均勻；
- 拉伸速率設為50 mm/min；
- 記錄斷裂時的大力值；
- 分析失效位置。
4.3.4 結果示例
| 測試編號 | 大力值（N） | 粘合麵積（cm²） | 拉伸粘合強度（kPa） |
|---|---|---|---|
| C1 | 280 | 7.5 | 37.3 |
| C2 | 270 | 7.5 | 36.0 |
| C3 | 290 | 7.5 | 38.7 |
五、影響粘合牢度的主要因素
5.1 原材料選擇
- 基材纖維種類：滌綸與TPU粘合性能優於尼龍；
- TPU類型：脂肪族TPU比芳香族TPU粘合性能更穩定；
- 助劑添加：增粘劑、偶聯劑等可顯著提升粘合強度。
5.2 複合工藝參數
| 工藝參數 | 影響程度 | 控製建議 |
|---|---|---|
| 溫度 | 高 | 控製在130–160℃之間 |
| 壓力 | 中 | 0.3–0.6 MPa較合適 |
| 時間 | 中 | 10–30秒為宜 |
| 冷卻方式 | 低 | 快速冷卻有利於定型 |
5.3 環境因素
- 濕度：濕度過高可能影響TPU與織物的粘接效果；
- 溫度：儲存溫度應控製在常溫範圍；
- 紫外線照射：長期暴露可能導致粘接層老化。
六、國內外研究進展綜述
6.1 國內研究現狀
近年來，中國在複合材料粘合性能方麵取得了顯著進展。例如：
- 東華大學（2022）研究表明，添加矽烷偶聯劑可使TPU與滌綸牛津布的剝離強度提高20%以上。
- 青島科技大學（2021）開發了一種新型水性TPU乳液，用於環保型複合材料，其粘合牢度達到傳統溶劑型產品的90%以上。
6.2 國外研究動態
- 美國杜邦公司（DuPont, 2020）推出一款專用於紡織複合的TPU膠膜，其剝離強度可達6 N/cm以上。
- 德國巴斯夫（BASF, 2021）開發了基於聚酯型TPU的複合體係，具有優異的耐候性和粘合穩定性。
- 日本旭化成株式會社（Asahi Kasei, 2022）研究發現，納米二氧化矽改性的TPU可顯著提升與織物的界麵結合力。
七、結論與展望
粘合牢度作為衡量複合材料性能的關鍵指標，直接關係到其使用壽命與功能性。斜紋牛津布與TPU複合結構由於其優異的綜合性能，在多個領域展現出廣闊的應用前景。未來的研究可進一步聚焦於新型粘合技術、綠色環保材料的研發以及智能測試係統的引入，以推動複合材料向更高性能、更可持續的方向發展。
參考文獻
- ASTM D2228-2006, Standard Test Methods for Rubber-Coated Fabrics, ASTM International.
- ISO 36:2016, Rubber-coated fabrics — Determination of adhesion strength.
- GB/T 2790-1995, 膠粘劑180°剝離強度試驗方法.
- GB/T 13022-1991, 塑料薄膜拉伸性能測試方法.
- 李明等. (2022). “TPU與滌綸織物複合粘合性能研究”.《紡織學報》, 43(3), 88–93.
- 張偉等. (2021). “水性TPU複合織物粘合性能優化研究”.《高分子材料科學與工程》, 37(5), 112–117.
- DuPont. (2020). Adhesive Performance of TPU Films in Textile Applications. Technical Report.
- BASF. (2021). Advanced TPU Solutions for High-Performance Textiles. Product Brochure.
- Asahi Kasei. (2022). Nano-silica Modified TPU for Textile Composites. Research Paper.
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