斜纹牛津布与TPU复合结构粘合牢度测试方法研究
一、引言
随着高性能纺织材料的广泛应用，复合织物在户外装备、运动服饰、工业防护等领域中扮演着越来越重要的角色。其中，斜纹牛津布因其高强度、耐磨性和良好的手感被广泛应用于箱包、帐篷等产品；而热塑性聚氨酯（Thermoplastic Polyurethane, TPU）则以其优异的弹性、耐油性和防水性能成为理想的涂层或复合材料。将斜纹牛津布与TPU进行复合，不仅能提升面料的功能性，还能增强其耐用性。
然而，在实际应用过程中，斜纹牛津布与TPU之间的粘合牢度直接影响到复合材料的使用寿命和功能性。因此，如何科学、准确地评估其粘合牢度成为研究人员和工程技术人员关注的重点问题之一。
本文旨在系统介绍斜纹牛津布与TPU复合结构粘合牢度的测试方法，包括相关标准、实验设计、仪器设备、操作流程及结果分析等内容，并结合国内外最新研究成果，为相关领域的研发与生产提供参考依据。
二、材料特性与复合结构简介
2.1 斜纹牛津布特性
斜纹牛津布是一种由涤纶、尼龙或棉纤维编织而成的斜纹组织织物，具有以下主要特点：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 织法 | 2/2斜纹组织 |
| 纤维种类 | 涤纶、尼龙、棉 |
| 密度 | 中高密度，常见为210D-600D |
| 表面特征 | 轻微凹凸感，手感柔软 |
| 功能性 | 抗撕裂性强，耐磨性好 |
2.2 TPU材料特性
TPU是一种线性嵌段共聚物，具有优异的机械性能和环境适应性，常用于复合材料中的涂层层或支撑层。其主要性能如下：
| 性能指标 | 参数范围 |
|---|---|
| 拉伸强度 | 30–80 MPa |
| 伸长率 | 300%–700% |
| 硬度（邵氏A） | 60–95 |
| 耐温性 | -30°C～120°C |
| 耐磨性 | 极佳 |
| 粘接性能 | 可通过改性提高 |
2.3 复合结构组成
斜纹牛津布与TPU的复合方式通常采用热压复合工艺，其中TPU以薄膜形式贴附于织物表面，形成“织物-胶膜”双层结构。该结构可进一步细分为：
- 单面复合：TPU仅涂覆于织物一侧；
- 双面复合：织物两侧均复合TPU，适用于高防水要求场景；
- 多层复合：加入中间隔离层或其他功能层（如透气膜）。
三、粘合牢度测试标准与方法概述
粘合牢度测试是评估复合材料界面结合强度的重要手段。根据国际和国内相关标准，常用的测试方法主要包括剥离强度测试、剪切强度测试、拉伸强度测试等。
3.1 国际标准
| 标准名称 | 编号 | 内容摘要 |
|---|---|---|
| ASTM D2228 | Standard Test Methods for Rubber-Coated Fabrics | 涵盖剥离、拉伸等多种测试方法 |
| ISO 36 | Rubber-coated fabrics — Determination of adhesion strength | 剥离强度测试标准 |
| EN 29233 | Textiles — Coated fabrics — Determination of peel adhesion | 欧洲标准，专用于涂层织物粘合测试 |
3.2 国内标准
| 标准名称 | 编号 | 内容摘要 |
|---|---|---|
| GB/T 2790 | 胶粘剂180°剥离强度试验方法 | 主要用于胶带类产品 |
| FZ/T 60034 | 针织复合织物粘合牢度测试方法 | 针对针织类复合材料 |
| GB/T 13022 | 塑料薄膜拉伸性能测试方法 | 可用于TPU薄膜本身性能检测 |
四、粘合牢度测试方法详解
4.1 剥离强度测试（Peel Strength Test）
4.1.1 原理
剥离强度测试通过测量剥离单位宽度所需力值来评估两层材料之间的粘合强度。常用角度为90°和180°。
4.1.2 实验装置
- 万能材料试验机
- 夹具（上下夹持器）
- 样品切割刀具
4.1.3 实验步骤
- 制备样品：尺寸一般为25mm × 200mm；
- 固定试样：一端固定于上夹具，另一端固定于下夹具；
- 设置参数：拉伸速度设定为100 mm/min；
- 启动测试：记录剥离过程中的最大力值；
- 数据处理：计算平均剥离强度（N/cm）。
4.1.4 结果示例
| 测试编号 | 平均剥离强度（N/cm） | 失效模式 |
|---|---|---|
| A1 | 5.2 | 界面剥离 |
| A2 | 4.8 | 内聚破坏 |
| A3 | 5.0 | 界面剥离 |
4.2 剪切强度测试（Shear Strength Test）
4.2.1 原理
剪切强度测试用于评估材料界面在平行方向上的抗剪能力，反映粘结层抵抗横向力的能力。
4.2.2 实验装置
- 剪切夹具
- 材料试验机
4.2.3 实验步骤
- 制备样品：重叠区域不少于25mm×25mm；
- 安装样品：确保受力方向垂直于粘接面；
- 设定速度：50 mm/min；
- 加载至失效，记录最大剪切力；
- 计算剪切强度（MPa）。
4.2.4 结果示例
| 测试编号 | 最大剪切力（N） | 剪切面积（mm²） | 剪切强度（MPa） |
|---|---|---|---|
| B1 | 120 | 625 | 0.192 |
| B2 | 115 | 625 | 0.184 |
| B3 | 125 | 625 | 0.200 |
4.3 拉伸强度测试（Tensile Adhesion Test）
4.3.1 原理
拉伸粘合强度测试用于评估复合材料在垂直方向上的粘结性能，尤其适用于多层复合结构。
4.3.2 实验装置
- 拉伸试验机
- 自对中夹具
4.3.3 实验步骤
- 样品制备：尺寸50mm × 150mm；
- 夹持样品：确保受力均匀；
- 拉伸速率设为50 mm/min；
- 记录断裂时的最大力值；
- 分析失效位置。
4.3.4 结果示例
| 测试编号 | 最大力值（N） | 粘合面积（cm²） | 拉伸粘合强度（kPa） |
|---|---|---|---|
| C1 | 280 | 7.5 | 37.3 |
| C2 | 270 | 7.5 | 36.0 |
| C3 | 290 | 7.5 | 38.7 |
五、影响粘合牢度的主要因素
5.1 原材料选择
- 基材纤维种类：涤纶与TPU粘合性能优于尼龙；
- TPU类型：脂肪族TPU比芳香族TPU粘合性能更稳定；
- 助剂添加：增粘剂、偶联剂等可显著提升粘合强度。
5.2 复合工艺参数
| 工艺参数 | 影响程度 | 控制建议 |
|---|---|---|
| 温度 | 高 | 控制在130–160℃之间 |
| 压力 | 中 | 0.3–0.6 MPa较合适 |
| 时间 | 中 | 10–30秒为宜 |
| 冷却方式 | 低 | 快速冷却有利于定型 |
5.3 环境因素
- 湿度：湿度过高可能影响TPU与织物的粘接效果；
- 温度：储存温度应控制在常温范围；
- 紫外线照射：长期暴露可能导致粘接层老化。
六、国内外研究进展综述
6.1 国内研究现状
近年来，中国在复合材料粘合性能方面取得了显著进展。例如：
- 东华大学（2022）研究表明，添加硅烷偶联剂可使TPU与涤纶牛津布的剥离强度提高20%以上。
- 青岛科技大学（2021）开发了一种新型水性TPU乳液，用于环保型复合材料，其粘合牢度达到传统溶剂型产品的90%以上。
6.2 国外研究动态
- 美国杜邦公司（DuPont, 2020）推出一款专用于纺织复合的TPU胶膜，其剥离强度可达6 N/cm以上。
- 德国巴斯夫（BASF, 2021）开发了基于聚酯型TPU的复合体系，具有优异的耐候性和粘合稳定性。
- 日本旭化成株式会社（Asahi Kasei, 2022）研究发现，纳米二氧化硅改性的TPU可显著提升与织物的界面结合力。
七、结论与展望
粘合牢度作为衡量复合材料性能的关键指标，直接关系到其使用寿命与功能性。斜纹牛津布与TPU复合结构由于其优异的综合性能，在多个领域展现出广阔的应用前景。未来的研究可进一步聚焦于新型粘合技术、绿色环保材料的研发以及智能测试系统的引入，以推动复合材料向更高性能、更可持续的方向发展。
参考文献
- 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, 胶粘剂180°剥离强度试验方法.
- GB/T 13022-1991, 塑料薄膜拉伸性能测试方法.
- 李明等. (2022). “TPU与涤纶织物复合粘合性能研究”.《纺织学报》, 43(3), 88–93.
- 张伟等. (2021). “水性TPU复合织物粘合性能优化研究”.《高分子材料科学与工程》, 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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