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耐水压AATCC测试及分析标准

2018年04月15日
详细介绍

纺织品耐静水压测试方法分析
  运动装、功能性面料及技术纺织品在当前的纺织品市场起着越来越突出的作用。拒水性是这些织物的一个重要特殊,必须对其进行精确的测量,确保实现对产品的质量保证或控制生产过程,达到使消费者满意的最终结果。
  一、户外面料防水、静水压、透湿和透气的具体含义和测试方法
  户外服装主要是由户外面料缝制而成,其后整理方面是:防水、静水压、透湿、透气等功能指标。目前国内户外从业人士,和户外爱好者对户外服装功能理解某些方面存在误区,或认识不够严谨,下面将简要介绍后整理功能指标的含义和区别:
  1. 防泼水:
  在标准实验室下,用蒸馏水通过漏斗喷在试样上,对照防水标准样评分评级;
  常用测试标准有美标:AATCC 22(评分制);欧标:ISO 4920(评级制);
  美标与欧标评分评级对比:100分(5级);90分(4级);80分(3级);70分(2级);50分(1级);0分(0级)。
  防泼水分为三种:
  l 普通防水(Water Repellent,简写为: W/R);
  l 耐泼水(Durable Water Repellent,户外面料行业习惯称为超泼水,简写为:DWR);
  l 特氟龙(TEFLON)防水。
  (1) 普通防水(W/R):
  洗几次衣服表面就没防水了,一般户外普通防水就可以了,常用数据在洗前70分,如果经常去登山或者有一定海拔高度的山,山上天气变幻无常,随时有可能下雨,普通防水的服装洗几次没防水,造成衣服表面会被淋湿,穿着身上会增加人体负重。
  (2) 超泼水(DWR):
  日本大金或其他助剂公司生产的C8防水,洗20次后保持80分(欧标3级)的效果;因含氟量不符合欧盟标准,现已被欧盟禁用。现在采用C6、C4较多,一般水洗5-10次后保持80分的效果.
  (3) 特氟龙(TEFLON)
  美国杜邦生产,知名度非常高,防水、防污、防油等三防效果,购买此品牌的防水可提供特氟龙吊牌,但特氟龙的缺点防泼水效果不及碳8、碳6好。
  2. 静水压(Water Proofness简写为:WP)
  户外面料行业习惯叫耐水压,单位用mmH2O表示,是指单位面积承受水压强力,在标准实验室条件下,织物承受蒸馏水往上喷的压力,并记录水压最大值,如耐水压5000mmmmH2O,即单位面积最大可承受5m压力而不会发生渗漏。
  常用测试标准:美标AATCC 127;日标JIS L 1092B;欧标:IS0 811;耐水压测试分洗前和洗后测试两种方法:
  (1)洗前测:国产户外品牌一般测试洗前耐水压值,不测洗后值,涂层面料洗几次后耐水压值下降很大的,可能下降1000-3000 mmH2O左右;蓝帝雅纤维科技(苏州)有限公司
  (2)洗后测:像THE NORTH FACE甚至有采用过水洗5-20次后再测耐水压方法,因多次洗后测试,耐水压值下降非常大,如涂层面料耐水压要求5次水洗后达到5000mmH2O,那么洗前最起码要到7-8000mmH2O以上;当然这种要求会导致成本更高。
  3. 透湿度(Moisture Proofness简写为:MP)
  透湿用单位g/m2/24h表示,指在一定的标准实验室条件下,使试样的两侧形成一特定的湿度差,水蒸汽通过试样进入干燥的一侧,通过测定透湿杯重量随时间的变化量,从而求出试样的水蒸汽透过率等参数。
  透湿分两种测试方法:正杯和倒杯;
  正杯法:美标ASTM E-96 A、C、E;日标JIS L-1099 A1;
  倒杯法:美标 ASTM-E96,日标测试 JIS-L1099B1;
  国内户外从业人士和户外爱好者都把透湿叫做透气透湿,或者把透湿直接叫透气,把这两个词汇混淆在一起叫法是不正确、不严谨的,透气和透湿完全是两种概念,这是需要区别和正确理解的。
  以上三种功能指标的面料叫防水透湿面料、又叫防风防水保暖透湿面料,简单的理解为外面的雨水进不来,里面的汗液通过涂层和膜的孔隙排出去。
  4. 透气度(Method Air Permeabbility 简写为:MAP)
  意为空气透过织物的性能;在规定的压差条件下,测定一定时间内垂直通过试样给定面积的气流流量,计算出透气量。气流速率可直接测出,也可通过测定流量孔径两面的压车换算而得。这个才叫真正意义的透气。
  测试标准:美标ASTM D737、欧标ISO 9237、日标JIS L 1096;
  透气单位用mm/s 、cm3/cm2/s表示都可以;
  据近几年来操作的The North Face、Rei 、Columbia、LL Bean、EddieBauer、Adidas、Ozark等知名户外品牌均未测试过透气,国内户外服装品牌基本上也不测透气;
  透气的意思是空气通过织物传导到人体,这样就有可能起不到保暖的作用;而穿着冲锋衣防水保暖但又有闷的感觉,就是跟不透气有关。
  二、防水纺织产品的检测与评价
  1. 检测方法
  国内外测定纺织品防水性能的试验方法很多,但主要分为两个方面,一方面是测定纺织品表面抵抗被水润湿的性能,另一方面是测定纺织品抵抗水渗透的性能。主要有ISO、EN、AATCC、JIS、GB等标准,经对比发现,试验方法标准从原理上主要包括静水压法和喷淋法两大类。
  1.1 静水压法
  耐静水压指标是防水透湿织物的重要指标之一。静水压指水通过织物时所遇到的阻力。在标准大气压条件下,织物承受持续上升的水压,直到织物背面渗出水珠为止,此时,测得的水的压力值即为静水压。织物能承受的静水压越大,防水性或抗渗漏性越好。
  国内外适用于静水压法的主要测试标准见表1。
  表1 静水压法的方法标准
序号 标准号 标准名称
1 ISO 811-1981 纺织织物 抗渗水性的测定 静水压试验
2 ISO 1420-2001 橡胶或塑料涂覆织物 抗水渗透性测定
3 AATCC 127-2003 防水性:静水压试验
4 BS EN 20811-1992 纺织品 抗渗水性的测定 静水压试验
5 JIS L2092-1998 纺织品 防水性试验方法
6 GB/T 4744-1997 纺织织物 抗渗水性的测定 静水压试验
7 FZ/T 01004-2008 涂层织物 抗渗水性的测定
  静水压法国际上使用较为广泛的为ISO 811和ISO 1420,各个国家的标准大多是在这两项基础上制定。ISO 811和ISO 1420的测试原理基本一致,都是在试样的一面施加水压,观察试样是否出现渗透现象,不同的是ISO 811主要是针对一般织物,ISO 1420是针对涂层织物。此外,在试验结果表达上,两个标准也存在一定区别,ISO 811是在试验中持续增加水压,直到试样出现三处渗水,记录此时的压力值作为试验结果,而SIO 1420则在规定的水压条件下保持一段时间,如试样未出现渗水现象,则表明试样通过检验。
  除以上两项方法标准,还有EN、AATCC、JIS、GB等标准,但这些标准都是在等同采用或参照ISO标准的基础上制定的。其中BS EN 20811-1992是等同采用ISO 811-1981制定,JIS L1092-1998中的A法和GB/T 4744-1997 都是在参考ISO 811-1991基础上制定,试验参数与结果表达等均与ISO 811-1981一致。AATCC 127-2003与ISO 811-1981略有差异,AATCC 127中规定试样较ISO 811要少,为至少三块,另外在水压上升速率的参数设置上,AATCC 127只有一种选择,而ISO 811则有两种水压上升速率可选。我国行为标准FZ/T 01004-2008是在修改采用ISO 1420-2001基础上制定,适用于涂层织物,与ISO 1420的差异是增加了试验结果通过与否的说明以及最终静水压值的测定。
  1.2 喷淋法
  国内外适用于喷淋法的主要测试标准见下表2。
  表2 喷淋法的测试标准
序号 标准号 标准名称
1 ISO 4920-1981 纺织品 表面抗湿性能的检测与评价方法
2 ISO 18695-2007 纺织品 抗渗水性的测定 冲击渗透试验
3 ISO 9865-1991 织物拒水性的测定 邦迪斯门淋雨试验
4 ISO 22958-2005 纺织品 防水性 淋雨试验:水平喷淋法
5 AATCC 22-2005 纺织品 拒水性测试 喷淋法
6 AATCC 42-2000 防水性 冲击渗透试验
7 BS EN 24920-1992 织物表面抗湿的测定 喷淋法
8 JIS L1092-1998 纺织品 防水性试验方法
9 GB/T 4745-1997 纺织织物 表面抗湿性的测定 沾水试验
10 GB/T 23321-2009 纺织品 防水性 水平喷射淋雨试验
11 FZ/T 01038-1994 纺织品 防水性能 淋雨渗透性能试验方法
  目前国内外采用喷淋法测定纺织品防水性的标准,根据喷淋的位置分为竖直喷淋和水平喷淋。表2中除ISO 22958和GB/T 23321是采用水平喷淋,其余均为竖直喷淋未能,在这些方法中较为通用的是ISO 4920、ISO 18695和ISO 9865。ISO 4920是测定试样表面抵抗润湿的能力,其测试原理是对试样进行竖直喷淋,通过观察试样表面润湿程度对其进行评级。评级共分5等,其中5级表明织物表面没有润湿,1级表明织物表面全部润湿。ISO 18695和ISO 9865的测试原理与ISO 4920有所不同,ISO 18695规定的方法是测定织物抵抗水渗透的性能,其只将试验过程中穿透试样的水量作为试验结果,没有要求对试样表面进行评级。而ISO 9865除了要对试样表面润湿程度进行评级外,还将试样吸水量作为试验结果之一。
  AATCC 42的试验原理与ISO 18695一致,也是通过测定试验过程中穿透试样的水分多少来衡量试样抵抗水渗透的性能,试验结果仅以在试验过程中穿透试样的水量来表达。我国行业标准FZ/T 01038-1994是在参考AATCC 42-1985的基础上制定,试验方法分为A法和B法,较AATCC 42多了试样表面评级的要求以及试样被穿透时的喷淋时间和流量的计算。
  AATCC 22、BS EN 24920、GB/T 4745和JIS L1092中规定的喷淋方法均是在参考ISO 4920基础上制定,技术内容与ISO 4920一致。
  与以上试验方法采用竖直喷淋法不同,ISO 22958和GB/T 23321是采用水平喷淋来测定织物抵抗水穿透试样的方法,适用于各种经过及未经过防水(或拒水)整理的织物,特别适用于具有较强防水性能的织物,试验原理为通过测定穿透试样的水的多少来衡量防水性。GB/T 23321是在修改采用ISO 22958的基础上制定,技术参数基本一致,只是试验用水温稍有不同。
  2. 评价指标
  由于纺织品的防水工艺和用途不同会导致防水性能存在一定差异,评价指标也不同,目前,无论是针对静水压法还是喷淋法国内外还没有单独的防水性评价标准。针对各种产品的评价要求大多数出现在产品标准中。
  ISO 5912-2003《宿营帐篷》中规定,不同类型的帐篷顶部和四周均有最低防水要求,以涂层织物制作的T或R型帐篷为例,采用ISO 1420测试时,其耐水压值为80hPa。我国采用ISO 5912-2003制定的帐篷标准目前还没有发布,但在已有的民政部帐篷标准中,对帐篷的使用面料也有所要求,如MZ/T 011.2-2010《救灾帐篷 第2部分:12m2单帐篷》中规定帐篷面料为天蓝涂覆PVC防水阻燃涂层布,其静水压值至少为50kPa。
  其他行业内,对纺织品的防水要求也分布于各个标准中,如GB/T 23317-2009《涂层服装抗湿技术要求》是在修改采用BS 6408-1983基础上制定,规定面料和接缝处的静水压值至少为10kPa和20kPa。我国公安标准GA 10-2002《消防员灭火防护服》是在ISO 11613-1999的基础上制定,规定防水透气层的静水压值至少17kPa,面料外层的抗湿级数至少为3级。GA 357-2009《警服材料 拨氨酯湿法涂层雨衣布》中规定雨衣布初始和5次洗涤后应分别达到60kPa和45kPa。此外,GB/T 16741-1997《面料涂覆聚氛乙烯阻燃防水布、篷布》、FZ/T 14009-2005《篷盖用维纶染色防水帆布》等标准中均规定了产品应满足的最低静水压值。
  三、耐静水压测试国标GB/T 4744—1997
  GB/T 4744—1997《纺织织物 抗渗水性测定 静水压试验》规定了一种测试织物抗渗水性的静水压试验方法。主要适用于紧密织物,例如帆布、油布、帐篷布和防雨服装布等。测试方法是在标准大气下,试样的一面承受一个持续上升的水压,直到有三处渗水为止记录此时的压力。此标准的测试原理是以织物承受的静水压来表示水透过织物所遇到的阻力,水压可以从试样的正面或背面施加。
  1. 遇到的问题
  在日常测试中,经常会遇到现行标准中未涉及的现象,使得测试结果的表示没有统一性,甚至影响对整个产品的性能评价。
  1.1 涂层防水织物
  1)平均值的记录
  标准中规定记录所有试验样品的平均值。但有些样品出现如下表3所示检测结果,使如何表示其平均值成为难题。
  2)对接缝部位的测试
  遇到防雨服装等服装产品,考核静水压应该全面到服装的每个部位,特别是接缝部位(见图1),如下摆缝、腋下缝、肩部缝等。而目前我国标准主要针对面料的方法标准中找不到相关检测方法的描述,给测试带来困惑,对企业生产产品的把关以及整件服装的防水质量的评价找不到依据。
  图1 接缝防雨面料
  3)样品出现单处渗透
  某些产品由于涂层工艺的欠缺造成局部细小破损,在测试过程中常常会发现在某处水珠不断渗出,蔓延至整个边圈,但是仍未出现第二处﹑第三处,对于这个样品的测试结果如何记录成为难题。
  1.2 层压复合防水织物
  1)样品无水珠但有潮湿感
  复合面料因为其性能优越,使用也越来越广泛。反面起绒的层压复合防水织物在做静水压测试时出现水在织物和复合层之间,但肉眼未发现有水珠渗出,而用手抚摸表面会有潮湿感(如图2)。
  图2 起绒防水织物测试图
  2)试验中样品突然爆裂
  试验开始后一段时间,试样未出现水珠渗出,但当水压上升到某个时刻,样品在某处会突然爆裂,并水流不断,仪器上显示的数值瞬间消失,特别是一些塑料薄膜型的复合层(如图3)。
  图3 塑料薄膜测试图
  2. 分析与解决方案
  鉴于以上不常规的试验现象,本文通过多次静水压测试进行系统的原因分析并提出了以下几点建议供使用者参考。
  (1)织物表面的涂层质量是影响面料静水压值的因素之一,要获得织物好的抗渗水性,就要求涂层分布均匀,具有一定的牢度。出现上述结果差异大的静水压值,很可能是织物表面的涂层不均匀。实验室可以与客户进行沟通,检测结果只出具每个样品的实测值,不出具整块面料的平均值,因为上述的检测值无法进行准确计算。
  (2)目前我国对防水服装的抗渗水性测定没有细化到具体部位,如风雨衣等相关服装。对于该类服装,不可能只对面料或只对接缝处进行检测,因为它不能代表整件衣服的防水性能,但是如果接缝与面料都进行检测,那选择检测的接缝以及面料的数量该如何确定,检测结果将如何表示,以及结果取所有测量值平均还是接缝与面料的检测值分别平均等问题没有解决。因此实验室可以采取以下解决方式:①对于该类服装面料,实验室可以建议客户对织物面料和织物的下摆、腋下、肩部等所有的接缝部位分别进行检测。②可以与客户协商分别给出所有检测面料和各个接缝处的检测值或平均值作为最终的检测结果。
  (3)只有单处渗水的防水服装面料很可能在某处涂层有破损现象,致使水不断在该处渗出,蔓延至整个边圈。实验室在出具结果的时候可以给出第一个出水值作为该面料的抗静水压值,但在原始记录以及检测报告中要给予备注。
  (4)对于层压复合防水面料,在做静水压的过程中,渗出的水珠非常小,而复合的起绒面料具有一定的吸水性,会吸收渗出的小水滴,肉眼无法观察到,一个比较理想的解决办法就是在织物的非受试面上紧密附上一层薄型吸水性较好的面纸,但对纸张的韧性有要求。如图4所示。在测试的过程中仔细观察纸张的吸湿情况,当发现有第三处吸湿立即记录此时的静水压值。
  图4 附上吸水纸的测试图
  (5)延展性较差的塑料、薄膜等材料复合,随着水压的上升,塑料无法像织物一样释放出足够的延展性,张力积聚到一定程度,就突然出现爆裂的现象。检测员在测试该产品前最好先与客户沟通,获得他们的要求值,实验室在检测过程中,样品达到要求值时立即停止,防止喷出的水对仪器的某些部件有影响。如果没有要求值,检测人员在检测的过程中要时刻关注样品的非受试面,一旦发现有复合层瞬间鼓起,手要停留在“Pause”键上,在样品爆破的瞬间,立即按下并记录数据。
  (6)GB/T 4744—1997《纺织织物 抗渗水性测定 静水压试验》标准的不完善,建议适时对其修订,特别是对服装和复合材料静水压的测定进行规范和描述。对操作进行统一,确保检测结果的正确性。
  四、Gellowen G018耐静水压测试仪
  Gellowen推出的一种新型耐静水压测试仪,它可以方便、精确并具有重现性地测量织物在一定水压下的透水性。该设备适用于所有类型的织物,例如机织物、针织物、非织造布等,而且它可以测量经过拒水或防水整理的织物。织物的拒水性不仅受所用整理剂及织物组织结构的影响,而且还受构成织物的纤维或纱线类型的影响。为了公正和精确地选择最佳织物,现已有多种标准来测试织物的这种特殊的水分管理特性。见下图5。
  图5 Gellowen G018耐静水压测试仪
  1. 测试基本原理:
  向试样施加不断升高的(动态测试)或一致的(静态测试)水压,直到水从试样的三个不同位置渗出。测试至少3个试样后,测量并计算织物的平均最大水压(测量单位是mBar或cmH2O),这个值就是试样的拒水性能。
  具体方法为试样被固定在标准面积的测试区域上,空压机将0-5bar的空气加入一个充满蒸馏水的水罐中,将一定的压力的水作用于试样。可通过动态或静态两种方法进行测试。
  (1)动态法:通过测试一定升压速率下未与水接触的试样的一面的渗出固定数量水珠时的压力判定试样的耐静水压性能。
  (2)静态法:通过测试一定静水压下,对试样保持该压力一定时间后的渗水情况来判定材料的耐静水压性能。
  2. 仪器特点:
  (1) 7英寸彩屏, 电容式触摸屏,多点式触控操作系统,方便操控,测试结果可以通过Wifi发送到电脑或者直接发送给客户,也可以保存到SD卡;
  (2) 简洁方便的双气动测试夹具设计,提供更开阔的观察视野;同时还能提供超强的夹持力,即使高压力下,水也不从侧边渗漏;
  (3) 内置储水罐自动供水,内置水位传感器,可以自动加水到测试水位;
  (4) 高精度压力传感器和压力控制系统,测试精度高,测试范围广;
  (5) 多种压力单位选择(mbar/kPa/Pa/cm w.c /mm w.c),满足标准要求并符合用户习惯;
  (6) 压力上升速率按照标准数据选择,也可自定义上升速率(超出最大限制5000mbar会提示选择压力超标以保证操作安全);
  (7) 可设置压力告警或时间告警,节省操作人员的观察时间,达到告警条件进行声响提示;
  (8) 除内置的标准外,用户也可选择自定义模式设置参数进行测试;
  (9) LED柔光照明系统,数字调节照明亮度;
  (10) 测试软件配置各种测试标准,方便用户使用;
  (11) 可选配功能强大的上位机软件,提供试验录像回放功能,同步测试数据、压力曲线和录像,精准定位水珠测出布面的压力值,彻底杜绝人眼观测误差。
  2. 仪器优势:
  该仪器测试功能齐全,螺旋试样夹设计独特,可以在最大压力为5bar(5000cmH2O)条件下,牢固地夹住厚度达30mm的试样。而不像其他同类产品,要么达不到这个压力范围,要么需要同时使用两台设备才能达到这个压力范围。
  坚固地螺旋试样夹设计使它不仅可以夹住较厚的试样,而且可以防止边缘漏水。测试头下方有一排发光二极管可以照亮试样,方便操作者在测试过程中观察试样。
  测试仪的水槽具有自动注水功能,以提高操作者的工作效率。
  耐静水压测试仪的自动分析软件简化了数据收集与计算,可以直接在电脑上生成报告。当测试即将结束时,设备会发生声音及灯光警告以提醒操作者,这样可大大节省单个测试时操作者在设备旁等待的时间。
  该设备可以使操作者节省80%的观测时间。通过进行快速测试,软件会计算出预计的水穿透点,并通过声音与灯光警告的方式提示操作者开始观测正在进行的测试。该仪器静水压力大、能测试更厚的试样厚度,测试结束时警报和测试头自动流水提高了工作效率,预装的测试标准及可下载的测试结果等,使之成为进行防水及拒水测试的最佳选择。
  3. 织物耐水压性能的影响因素:
  防水透湿织物防水指标的高低取决于如下几个方面的因素。
  (1)纱线的影响
  a)纱线的粗细。对于吸湿性好的纤维织成的紧密织物来说,由于毛细效应的存在,减小纱线半径.可提高织物的抗渗水性。
  b)经纬纱线性能的好坏。受到水压的作用,弹性好的经纬纱易伸长,从而导致相邻经纬纱间隙的形成,水珠较易从中渗过,使得织物耐水压值降低。
  (2)织物的影响
  a)织物的厚度。织物越厚,湿阻越大,耐水压值越大。
  b)织物的紧度。纱线之间距离的增大将直接影响耐水压的高低。一般织物结构越紧密,其抗渗水性能越好。
  (3)涂层的影响
  a)涂层厚度。涂层太薄,涂层剂在表面不易连续成膜,涂层织物的耐水压能力降低;涂层厚,织物的耐水压能力提高。
  b)涂层膜孔径的大小。膜的孔径越大,涂层织物的耐静水压性能越差。
  c)涂层质量。要求整个布面均匀,具有一定的牢度。涂层质量越好,抗渗水性能越好。
  (4)织物与液体的接触方式
  a)接触角θ的大小。当θ>90°时,织物具有拒水性能,此时随着θ的增大,织物的耐水压值也相应有所增加。


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