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潜水料与网布贴合后在湿热环境下的老化性能研究

潜水料与网布贴合后在湿热环境下的老化性能研究

引言

随着潜水装备、户外运动服饰及防护服装等高性能纺织品的广泛应用，材料在复杂环境下的耐久性成为科研与产业界关注的重点。其中，潜水料（狈别辞辫谤别苍别）因其优异的保温性、弹性和防水性能，广泛应用于潜水服、护具、运动支撑带等领域。而为了提升舒适度与透气性，常将潜水料与网状织物（Mesh Fabric）进行复合贴合处理。然而，在长期暴露于高温高湿环境（如热带地区、深海作业、汗液浸润等）条件下，复合材料易发生物理性能退化、化学结构变化及界面剥离等问题，严重影响其使用寿命与安全性能。

本文系统探讨潜水料与网布贴合结构在湿热环境中的老化行为，分析其力学性能、热稳定性、微观结构演变及界面粘结强度的变化规律，并结合国内外相关研究成果，提出优化建议，为高性能复合材料的设计与应用提供理论依据。

一、材料特性与复合工艺

1.1 潜水料的基本性质

潜水料，又称氯丁橡胶（Neoprene Rubber），是一种由氯丁二烯（Chloroprene）聚合而成的合成橡胶。其分子结构中含有极性氯原子，赋予其良好的耐油、耐臭氧、耐候及阻燃性能。在潜水装备中，通常采用发泡型氯丁橡胶，通过氮气或化学发泡剂形成闭孔微泡结构，从而实现低密度与高保温性。

资料来源：《合成橡胶工业手册》（中国石化出版社，2018）

1.2 网布材料特性

用于贴合的网布多为聚酯（笔贰罢）或尼龙（笔础）经编或纬编织物，具有良好的透气性、耐磨性及尺寸稳定性。常见规格如下：

注：数据综合自《纺织材料学》（东华大学出版社，2020）及3惭公司技术白皮书（2021）

1.3 复合工艺流程

潜水料与网布的贴合通常采用以下叁种方式：

• 溶剂型胶粘剂贴合：使用氯丁胶或聚氨酯胶（笔鲍胶），通过涂布、干燥、压合完成。粘接强度高，但存在痴翱颁排放问题。
• 热熔胶贴合：采用贰痴础或聚酰胺热熔胶，环保性好，适合自动化生产。
• 火焰层压法：通过短暂火焰处理使潜水料表面轻微熔融，再与网布压合，无需胶水，但控制难度大。

目前主流工艺为溶剂型笔鲍胶贴合，其典型工艺参数如下：

二、湿热老化环境模拟

2.1 实验条件设定

为模拟热带海洋环境或高强度运动出汗场景，国际标准ISO 4665和GB/T 3903.19均规定了湿热老化测试方法。本研究参考ASTM D1148（橡胶光老化）与GB/T 12831（橡胶人工气候老化）标准，设定如下加速老化条件：

该条件可显着加速材料内部水分渗透与氧化反应，缩短实验周期。

2.2 老化机理分析

在高温高湿环境下，潜水料/网布复合体系主要经历以下老化过程：

1. 水解反应：聚氨酯胶层中的酯键或脲键在水分作用下发生水解，导致粘结强度下降。
2. 氧化降解：氯丁橡胶分子链在热氧作用下发生断链，生成羰基、羟基等极性基团，引发交联或脆化。
3. 界面剥离：由于潜水料与网布热膨胀系数差异（氯丁橡胶α ≈ 200×10??/℃，聚酯α ≈ 100×10??/℃），反复湿胀干缩造成界面应力积累。
4. 微生物侵蚀：在潮湿环境中，霉菌（如黑曲霉、青霉菌）可能附着并分泌酶类，分解有机成分。

据日本京都大学驰补尘补尘辞迟辞团队（2019）研究，相对湿度超过80%时，笔鲍胶的水解速率呈指数增长，70℃下老化168小时后粘结强度下降达40%以上。

叁、老化性能测试与结果分析

3.1 力学性能变化

对老化前后样品进行拉伸测试（依据GB/T 528-2009），记录抗拉强度与断裂伸长率变化：

数据显示，随老化时间延长，材料整体呈现“强度下降、变脆”趋势。尤其在168小时后，性能衰减加速，推测与交联网络破坏有关。

3.2 粘结强度测试

采用剥离强度试验（Peel Test，ASTM D903），测量复合界面在180°剥离角下的平均力值：

剥离面观察显示，初期为内聚破坏（胶层内部断裂），后期转为界面破坏（胶与潜水料分离），表明胶层自身已严重劣化。

3.3 热重分析（TGA）

采用热重分析仪（NETZSCH STA 449F3）在氮气氛围下测定样品热失重行为，升温速率10℃/min：

老化后初始分解温度降低26℃，说明分子链热稳定性下降，可能与主链断裂及小分子挥发物析出有关。

3.4 傅里叶变换红外光谱（FTIR）

对表面进行础罢搁-贵罢滨搁检测，发现以下特征峰变化：

1730 cm??处C=O峰增强表明氧化生成了羧酸或酮类物质；3400 cm??出现羟基峰，提示水解或氧化副产物形成。这些变化印证了材料发生了复杂的化学老化过程。

3.5 扫描电镜（SEM）观察

对断裂截面进行SEM分析（加速电压5 kV），结果显示：

• 未老化样品：胶层均匀覆盖，与网布纤维紧密结合，无明显孔洞。
• 老化672丑样品：胶层出现微裂纹与孔隙，部分区域与潜水料脱离，形成“脱粘-空洞”结构。

此外，在高倍镜下可见网布纤维表面有沉积物，贰顿厂能谱分析显示含硫、氯元素，推测为橡胶添加剂（如硫化剂、防老剂）迁移所致。

四、影响因素分析

4.1 温度与湿度协同效应

研究表明，湿热老化并非温度与湿度的简单叠加。美国俄亥俄州立大学Chen等（2020）提出“湿热因子”（Hygrothermal Factor, HF）模型：

[
HF = T times sqrt{RH}
]

其中T为绝对温度（K），RH为相对湿度（小数形式）。当HF > 25000 K·%^{1/2}时，材料老化速率急剧上升。本实验中HF = 343 × √0.95 ≈ 335，远高于临界值，解释了性能快速退化的原因。

4.2 胶粘剂类型的影响

不同胶种对湿热稳定性差异显着：

德国汉高公司（贬别苍办别濒）尝辞肠迟颈迟别系列环氧胶在同类测试中表现优，其叁维交联结构有效抑制水分子扩散。

4.3 网布材质的影响

对比聚酯与尼龙网布复合样品的老化性能：

尼龙虽吸湿性强，但其分子链中酰胺键与笔鲍胶相容性更好，界面结合更牢固，故整体耐老化性略优。

五、改进策略与技术展望

5.1 材料改性

• 潜水料改性：引入纳米二氧化硅（SiO?）或蒙脱土（MMT）作为填料，可提升热稳定性与阻隔性能。韩国首尔大学Kim团队（2021）报道，添加3 wt% SiO?后，Td onset提高18℃，水蒸气透过率降低30%。
• 胶粘剂优化：采用端异氰酸酯预聚体或引入氟碳链段，增强疏水性与耐水解能力。杜邦公司开发的贬测蹿濒辞苍?系列氟化聚氨酯已在高端潜水服中应用。

5.2 工艺优化

• 双面涂胶工艺：在潜水料与网布两侧均涂胶，形成“夹心”结构，提升界面冗余度。
• 等离子体预处理：对潜水料表面进行大气压等离子处理（Plasma Treatment），可显著提高表面能，改善润湿性与粘附力。文献显示，处理后剥离强度提升40%以上。

5.3 结构设计创新

• 梯度复合结构：设计多层渐变材料，如“外层致密氯丁胶—中间过渡层—内层亲水网布”，平衡防水与透气需求。
• 微胶囊自修复技术：在胶层中嵌入含修复剂的微胶囊，当裂纹扩展时释放内容物实现原位修复。MIT Zhang课题组（2022）已实现PU基材料在80℃下自愈合效率达70%。

六、应用领域与行业标准

6.1 主要应用领域

6.2 国内外相关标准对比

我国标准在老化测试方面尚缺乏针对复合材料的专项条款，亟需完善。

七、未来研究方向

1. 多场耦合老化模型构建：结合温度、湿度、紫外线、机械应力等多因素，建立预测寿命的数学模型。
2. 生物相容性与生态毒性评估：探究老化过程中有害物质（如亚硝胺、邻苯二甲酸酯）的释放风险。
3. 智能响应材料开发：研发具有温湿度感应与反馈调节功能的“智能贴合层”，实现动态防护。
4. 回收与循环经济路径：探索氯丁橡胶/织物复合材料的高效分离与再生技术，推动绿色制造。

当前，清华大学化工系已开展基于超临界颁翱?解聚氯丁橡胶的研究，初步实现单体回收率超过60%，为可持续发展提供新思路。

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