白色佳积布复合TPU防水膜在鞋材防护层中的功能性表现
一、引言
随着人们对功能性服装与鞋材需求的不断提升，具有优异性能的新型复合材料逐渐成为市场关注的焦点。其中，白色佳积布复合TPU防水膜（以下简称“佳积布-TPU复合膜”）因其良好的防水性、透气性及耐磨性，在运动鞋、户外鞋、劳保鞋等鞋材领域得到了广泛应用。
佳积布是一种高密度针织面料，具有柔软、弹性好、耐磨损等特点；而热塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）则以其优异的弹性和耐化学腐蚀性著称。将两者通过复合工艺结合，形成一种兼具高强度和良好舒适性的功能型材料，为鞋材提供了全新的解决方案。
本文将围绕白色佳积布复合TPU防水膜在鞋材防护层中的功能性表现展开详细分析，涵盖其物理化学性能、应用场景、产品参数、国内外研究进展等方面，并引用大量国内外权威文献资料，力求全面展现该材料的技术优势与应用前景。
二、材料构成与制备工艺
2.1 材料组成
| 组成部分 | 材料类型 | 特性 |
|---|---|---|
| 佳积布（Knit Fabric） | 高密度针织布 | 质地柔软、弹性好、易加工 |
| TPU薄膜 | 热塑性聚氨酯 | 防水性强、弹性佳、耐磨 |
佳积布通常采用涤纶或尼龙纤维编织而成，具备良好的结构稳定性和耐用性。TPU薄膜则通过挤出流延或吹膜法制得，厚度一般在0.1mm至0.5mm之间。两者通过热压复合技术粘合，形成稳定的复合结构。
2.2 制备工艺流程
| 步骤 | 工艺描述 |
|---|---|
| 1. 原料准备 | 准备佳积布基材与TPU薄膜 |
| 2. 表面处理 | 对佳积布进行清洁与表面活化处理 |
| 3. 复合工艺 | 使用热压辊筒或平板热压机进行复合 |
| 4. 冷却定型 | 控制冷却温度以保证材料结构稳定 |
| 5. 检测包装 | 进行剥离强度、透湿率等检测后包装出厂 |
根据《纺织学报》2021年的一篇文章指出，热压复合过程中温度控制是关键因素之一，过高会导致TPU变形，过低则影响粘合强度[1]。
三、物理与化学性能分析
3.1 防水性能
| 性能指标 | 测试标准 | 数值范围 |
|---|---|---|
| 静水压（Water Column） | GB/T 4744-2013 | ≥10000 mmH₂O |
| 渗水时间 | AATCC 127 | >60 min |
| 水蒸气透过率（WVTR） | ASTM E96 | 1000–1500 g/m²·24h |
从表中可以看出，佳积布复合TPU膜具备出色的防水能力，同时保持一定的透湿性能，适合用于户外鞋类防护层。
3.2 力学性能
| 性能项目 | 测试方法 | 数值范围 |
|---|---|---|
| 抗拉强度 | GB/T 3923.1-2013 | 30–50 N/cm |
| 断裂伸长率 | GB/T 3923.1-2013 | 150%–250% |
| 剥离强度 | GB/T 2790-1995 | ≥3 N/cm |
| 耐磨性 | DIN 53863-2 | ≥1000次无破损 |
这些力学性能数据表明，该复合材料不仅具有良好的柔韧性和抗撕裂能力，还能承受日常使用中的摩擦与拉伸，适用于高强度使用的鞋材部位。
3.3 化学稳定性
| 化学试剂 | 接触时间 | 表面变化情况 |
|---|---|---|
| 弱酸（pH=4） | 24小时 | 无明显变化 |
| 弱碱（pH=10） | 24小时 | 无明显变化 |
| 油脂类 | 48小时 | 轻微吸油但不溶解 |
| 酒精溶液（75%） | 24小时 | 无侵蚀现象 |
根据《中国皮革》杂志2020年的实验报告，TPU材料对常见化学试剂表现出较强的抵抗能力，适用于多种复杂环境下的鞋材应用[2]。
四、功能性表现分析
4.1 防水与防渗性能
佳积布复合TPU膜的核心功能在于其卓越的防水性能。通过TPU薄膜的致密结构，有效阻止水分渗透，同时佳积布作为支撑层，增强了整体的结构稳定性。这种组合特别适合应用于雨靴、登山鞋、工装鞋等需要长时间接触雨水或潮湿环境的鞋类产品。
文献显示，美国ASTM D751标准中对防水织物的要求为静水压≥8000 mmH₂O，而佳积布-TPU复合膜普遍达到甚至超过这一标准，显示出其在国际市场上具备竞争力[3]。
4.2 透气与排湿性能
尽管TPU本身属于非多孔材料，但由于佳积布的开放结构以及TPU分子链之间的自由体积，使得该复合材料在一定程度上具备了透湿能力。根据GB/T 18132-2016《纺织品 吸湿速干性能测试方法》，该材料的透湿率可达到1000 g/m²·24h以上，满足人体穿着时的排汗需求。
图1：不同材料透湿性能对比（单位：g/m²·24h）
| 材料名称 | 透湿率 |
|---|---|
| 佳积布-TPU复合膜 | 1200 |
| PVC涂层织物 | 300 |
| ePTFE复合膜 | 1500 |
| 普通涤纶织物 | 600 |
注：数据来源：《材料导报》2022年第36卷第4期[4]
4.3 舒适性与贴合性
由于佳积布本身具有良好的弹性和柔软性，复合后的材料在穿着过程中能够更好地贴合脚部曲线，减少摩擦带来的不适感。此外，TPU层不会产生静电积累，提升了穿着体验。
据日本《纤维学会志》报道，TPU材料在人体接触舒适性方面优于传统橡胶材料，尤其在低温环境下仍能保持柔软[5]。
4.4 耐久性与环保性
佳积布-TPU复合膜具有较长的使用寿命，且TPU材料可回收再利用，符合当前绿色制造的趋势。相比PVC等不可降解材料，其环境友好性更为突出。
欧盟REACH法规对鞋材材料中有害物质的限制日益严格，而TPU材料不含邻苯类增塑剂，因此更符合环保要求[6]。
五、应用场景与市场发展
5.1 应用领域
| 应用类型 | 具体用途 |
|---|---|
| 户外运动鞋 | 登山鞋、徒步鞋、越野跑鞋 |
| 工业安全鞋 | 防水劳保鞋、防滑工作鞋 |
| 日常休闲鞋 | 防水板鞋、儿童雨鞋 |
| 医疗康复鞋 | 防水透气康复鞋垫、足部保护套件 |
5.2 市场现状与发展趋势
根据《中国产业信息网》发布的《2023年中国鞋材行业研究报告》，功能性鞋材市场规模持续增长，预计到2025年将达到350亿元人民币。其中，TPU复合材料因其高性能特性，市场份额逐年上升。
| 年份 | 市场规模（亿元） | TPU复合材料占比 |
|---|---|---|
| 2020 | 210 | 18% |
| 2021 | 235 | 21% |
| 2022 | 270 | 24% |
| 2023 | 310 | 27% |
| 2024预测 | 350 | 30% |
数据来源：中国产业信息网，2023年[7]
六、国内外研究现状与技术比较
6.1 国内研究进展
近年来，国内高校与科研机构在TPU复合材料领域取得了多项成果：
| 研究单位 | 主要成果 | 发表年份 |
|---|---|---|
| 东华大学 | 开发高效复合工艺提升剥离强度 | 2021 |
| 苏州大学 | 提出环保型TPU复合材料配方 | 2022 |
| 中国纺织科学研究院 | 优化复合膜透湿性能 | 2023 |
例如，东华大学在《合成纤维工业》期刊中发表的研究指出，通过引入纳米二氧化硅改性TPU，可使复合膜的剥离强度提升至4.5 N/cm以上，显著提高其结构稳定性[8]。
6.2 国外研究进展
国外在TPU复合材料领域的研究起步较早，技术相对成熟：
| 研究国家 | 研究重点 | 代表机构 |
|---|---|---|
| 德国 | 高性能TPU复合膜研发 | BASF公司 |
| 美国 | 生物基TPU材料开发 | Dow Chemical |
| 日本 | 轻量化与多功能集成 | Toray Industries |
| 韩国 | 环保与可持续材料 | Kolon Industries |
德国BASF公司开发的Elastollan®系列TPU材料广泛应用于高端运动鞋制造，其复合膜材料具有极高的弹性和耐候性[9]。
6.3 技术对比分析
| 指标 | 国内水平 | 国外水平 |
|---|---|---|
| 防水性能 | 达到国际标准 | 部分领先品牌高于国内 |
| 透湿性能 | 中等偏上 | 部分品牌更高 |
| 成本控制 | 有优势 | 相对较高 |
| 环保性能 | 快速追赶 | 技术更成熟 |
总体来看，国内在基础性能方面已接近国际先进水平，但在高端定制化、环保材料开发方面仍有提升空间。
七、结论与展望（略）
参考文献
-
李晓明, 张丽. “TPU复合材料在功能性鞋材中的应用研究.” 《纺织学报》, 2021, 42(3): 102-107.
-
王强, 刘洋. “TPU材料在鞋材中的化学稳定性测试.” 《中国皮革》, 2020, 48(10): 65-69.
-
American Society for Testing and Materials (ASTM). Standard Test Methods for Coated Fabrics. ASTM D751-19.
-
黄伟, 周婷. “不同复合膜材料的透湿性能比较.” 《材料导报》, 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. https://echa.europa.eu/, 2023.
-
中国产业信息网. “2023年中国鞋材行业研究报告.” http://www.chyxx.com/, 2023.
-
赵晨曦, 孙立新. “纳米改性TPU复合膜的剥离强度研究.” 《合成纤维工业》, 2021, 44(6): 89-93.
-
BASF SE. Elastollan® Product Portfolio. https://www.basf.com/global/en.html, 2023.
