【全球通】阐述无纺基TPU复合膜的实验生产制备及性能形态结构

2.1 无纺基TPU复合膜的拉伸性能
       图1为纯TPU膜和无纺基TPU复合膜的应力-应变曲线。为了定量分析力学性能的变化，基于应力-应变曲线 计算材料的拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量和应变能密度，表1为相关结果。
       从表1可以看出，与TPU膜相比，无纺基TPU复合膜的弹性模量增加；在较高温度(160、165和170 ℃)下复合时，无纺基TPU 复合膜的拉伸强度和弹性模量均显著提高，并且随成型温度的升高呈现先升高后降低的趋势。因为较低温度复合时，TPU薄膜塑化不良，熔喷TPU无纺布与TPU膜间的界面结合力较弱，导致TPU复合膜的拉伸强度降低和弹性模量升高。高温复合时（160 ℃和165℃），TPU无纺布在复合膜内呈现连续的纤维网结构，且熔喷纤维网络与TPU膜界面结合紧密，促进TPU 无纺布和TPU膜间的应力传递，有利于提高TPU复合膜的拉伸强度和弹性模量。当成型温度为170℃，由于温度过高导致TPU无纺布出现皱缩，熔喷纤维网部分熔 融，破坏TPU无纺布的连续网络结构，导致复合膜的拉伸 强度和弹性模量降低。

      对应力-应变曲线包围的面积进行积分，得到试样断裂时的应变能密度，应变能密度越高说明材料的韧性越好。无纺基TPU复合膜的应变能密度较TPU膜大，具有较好的断裂韧性，由于TPU无纺布的引入，促进熔喷纤维网络和TPU膜之间的应力传递。此外，无纺基TPU复合膜的断裂伸长率也得到提高，说明复合膜的延展性增强。研究表明，通过热压成型技术制备无纺基TPU复合材料时，选择合适的成型温度是调控复合膜综合性能的关键。因此，无纺基TPU复合膜的**成型温度为165℃。此时，与TPU膜相比，165-TPU复合膜的拉伸强度和弹性模量分别增加24%和43%，165-TPU复合膜的应变能密度和断裂伸长率分别增加31%和16%。

2.2 无纺基TPU复合膜的热稳定性能
       图2为纯TPU膜和无纺基TPU复合膜的TG曲线和DTG曲线。

      从图2a可以看出，纯TPU膜的热分解主要分为2个阶 段：第1个阶段在 250~350 ℃，为TPU硬段中氨基甲酸酯的分解；第2个阶段在 350~450 ℃，由TPU软段分解生成 小分子气体和大分子挥发物所致，此阶段失重明显，约占总质量的70%。为了清楚分析热稳定性能的变化，将TG曲线进行一阶微分得到DTG曲线，分析TPU复合膜热分解速率的变化。从图 2b 可以看出，第1阶段热分解峰较弱，发生在311℃左右，第2阶段材料分解发生在397 ℃左右，此时材料出现**分解速率。材料的初始分解温度和**分解速率温度(Tp)没有明显变化，说明熔喷TPU无纺布的引入并未显著影响复合膜的热稳定性。

2.3 无纺基TPU复合膜的结晶性能
      图3为纯TPU膜和无纺基TPU复合膜的XRD谱图。从图3可以看出，纯TPU膜在15°~28°之间出现一个宽衍射峰，因为TPU分子的非晶相区域存在部分有序排列的结 晶相结构。与纯TPU膜相比，无纺基TPU复合膜的衍射峰位置几乎不变，说明结晶类型不变，但是衍射峰强度略微增大，说明TPU复合膜中形成较多的有序结构。170-TPU复合膜的衍射峰强度明显高于纯TPU膜，由于在热压成型制备TPU复合膜时，TPU无纺布的引入起异相成核的作用，促进膜中TPU聚合物分子链的移动、重排、再结晶。此外，随着成型温度的升高，TPU复合膜中有序结构增多，有利于提高TPU复合膜的拉伸强度和弹性模量。

2.4 熔喷TPU无纺布的形态结构
        图4为熔喷TPU无纺布在不同放大倍率下的SEM照片。

      从图4可以看出，熔喷TPU无纺布具有多孔结构和连续的三维网络结构。熔喷纤维网中TPU纤维的平均直径约为16μm，熔喷无纺布厚度约为0.2mm，克重约为95g/m2。熔喷TPU无纺布表面质量良好，未形成融滴粒子和串珠状结构，且TPU无纺布具有良好的弹性和柔韧性。

2.5 无纺基TPU复合膜的形态结构
      由于成型温度为165℃时，无纺基TPU复合膜的综合力学性能**，对165-TPU复合膜的表面、横截面与拉伸断裂面进行分析。图5为165-TPU复合膜的表面、横截面与拉伸断裂面的SEM照片。

      从图5a可以看出，TPU复合膜表面光滑、致密均匀，没有出现微孔、裂痕、气泡等缺陷。从5b可以看出，熔喷TPU无纺布在复合膜内连续分布，且与上下两层TPU薄膜结合紧密，呈现“三明治”结构，未出现界面分层现象。连续三维网络的引入有利于促进材料应力传递，提高TPU复合膜的拉伸强度和弹性模量。此外，熔喷TPU无纺布具有优异的弹性和柔韧性，有利于提高无纺基TPU复合膜的断裂韧性和延展性。从图5c可以看出，TPU复合膜的拉伸断裂面较粗糙，呈现韧性断裂，在断裂面处清晰看到纤维 呈拉断状态，说明 TPU无纺布与TPU膜具有较强的界面结合强度，有利于提高无纺基TPU复合膜力学性能。