Полиуретановая ткань

Полиуретановая ткань — это обобщающее название текстильных материалов, в состав которых входит полиуретан (ПУ) или его производные, либо материалов, полученных с использованием полиуретановой пропитки, покрытия или нитей. В зависимости от способа производства и конечного назначения, полиуретановые ткани могут представлять собой как синтетический заменитель кожи (искусственная кожа), так и эластичные ткани с мембранным покрытием или трикотажные полотна с добавлением полиуретановых волокон (например, спандекса). Основными свойствами таких материалов являются высокая эластичность, износостойкость, водонепроницаемость или водоотталкивающие характеристики, а также устойчивость к воздействию масел, кислот и щелочей.

История

Полиуретан был впервые синтезирован в 1937 году немецким химиком Отто Байером (компания IG Farben). Первоначально полиуретан применялся в производстве пенопластов, лаков и клеев. В текстильной промышленности полиуретан начали использовать в 1950-х годах, когда были разработаны технологии нанесения полиуретановых покрытий на ткани для придания им водонепроницаемости. В 1959 году в США была запатентована технология получения полиуретановой искусственной кожи (кореам). В СССР аналогичные разработки велись в 1960-х годах, и к 1970-м годам полиуретановые ткани стали широко применяться в производстве одежды, обуви и технических изделий.

Классификация

Полиуретановые ткани классифицируют по нескольким признакам: по способу производства, по структуре, по назначению.

По способу производства

• Ткани с полиуретановым покрытием (PU-coated). На лицевую сторону или на обе стороны ткани наносится слой полиуретана. Покрытие может быть сплошным (мембранным) или пористым. Примеры: плащевка, курточные ткани, ткани для спецодежды.
• Ткани с полиуретановой пропиткой. Полиуретан вводится в структуру ткани в процессе отделки, придавая ей водоотталкивающие свойства и жёсткость. Часто используется для производства тентов, чехлов и палаток.
• Ткани из полиуретановых нитей (эластомерные). В состав ткани входят полиуретановые волокна (спандекс, эластан, лайкра). Такие ткани обладают высокой растяжимостью (до 500–700%) и восстанавливают форму после деформации. Используются в спортивной одежде, купальниках, белье.
• Искусственная кожа на полиуретановой основе (ПУ-кожа). Материал, состоящий из тканевой основы (трикотаж, нетканое полотно) и полиуретанового покрытия, имитирующего натуральную кожу. В отличие от ПВХ-кожи, ПУ-кожа более эластична, дышит и устойчива к низким температурам.

По структуре

• Гладкие (полированные). Имеют ровную, блестящую поверхность.
• Текстурированные. Поверхность имитирует кожу рептилий, замшу, нубук или имеет тиснение.
• Перфорированные. Содержат отверстия для улучшения воздухопроницаемости.
• Сетчатые. Используются в спортивной одежде и обуви для вентиляции.

По назначению

• Одежные: для верхней одежды (куртки, плащи, пуховики), спортивной одежды, спецодежды.
• Обувные: для верха обуви, подкладки, стелек.
• Мебельные: для обивки мягкой мебели.
• Технические: для тентов, чехлов, палаток, ремней, фильтров.
• Медицинские: для бандажей, компрессионного белья, протезов.

Свойства

Физико-механические свойства

• Прочность на разрыв. Полиуретановые ткани, особенно с покрытием, обладают высокой прочностью (до 1000 Н/5 см и выше).
• Эластичность. Модуль упругости полиуретана составляет 5–50 МПа, что позволяет ткани растягиваться и возвращаться к исходной форме без остаточной деформации.
• Истираемость. Полиуретан устойчив к истиранию (потери массы при истирании не превышают 0,1–0,5 г/км). ПУ-кожа выдерживает до 50 000–100 000 циклов истирания по методу Мартиндейла.
• Морозостойкость. Полиуретан сохраняет эластичность при температурах до –30…–40 °C, в то время как ПВХ становится хрупким уже при –15 °C.
• Термостойкость. Рабочий диапазон температур: от –40 до +80 °C (кратковременно до +120 °C). При нагреве выше 200 °C полиуретан разлагается с выделением токсичных газов (циановодород, изоцианаты).

Химические свойства

• Устойчивость к маслам и жирам. Полиуретан не разрушается под действием минеральных масел, бензина, дизельного топлива.
• Устойчивость к кислотам и щелочам. Устойчив к разбавленным кислотам (до 10–20%) и щелочам (до 5–10%). Концентрированные кислоты и щелочи вызывают гидролиз полиуретана.
• Устойчивость к УФ-излучению. Без специальных стабилизаторов полиуретан разрушается под действием ультрафиолета (желтеет, теряет прочность). Для наружного применения в состав добавляют УФ-стабилизаторы (например, бензотриазолы).

Эксплуатационные свойства

• Водонепроницаемость. Ткани с полиуретановым покрытием могут иметь водонепроницаемость до 10 000–20 000 мм водяного столба (по методу ISO 811).
• Воздухопроницаемость. Полиуретановые мембраны (например, в технологии «дышащей» ткани) имеют микропоры диаметром 0,1–0,5 мкм, что позволяет пропускать пары воды, но не капли воды. Воздухопроницаемость составляет 1000–5000 г/м²/24 ч.
• Гигроскопичность. Полиуретан практически не впитывает влагу (влагопоглощение 0,1–0,5%). Однако ткани с полиуретановым покрытием могут накапливать конденсат при отсутствии вентиляции.

Применение

Одежда и обувь

Полиуретановые ткани широко используются в производстве:

• Верхняя одежда: куртки, плащи, пуховики (ткани с PU-покрытием, например, Oxford PU, Taslan PU).
• Спортивная одежда: лыжные костюмы, ветровки, компрессионное бельё (ткани с эластаном, мембранные ткани).
• Обувь: кроссовки, ботинки, сапоги (искусственная кожа, текстиль с PU-покрытием).
• Спецодежда: костюмы для защиты от масел, кислот, щелочей (ткани с полиуретановой пропиткой).

Мебель и интерьер

• Обивка мебели: ПУ-кожа используется для обивки диванов, кресел, стульев. Она дешевле натуральной кожи, но менее долговечна (срок службы 5–10 лет).
• Чехлы и накидки: для автомобильных сидений, матрасов, подушек.
• Декоративные элементы: панели, панно, шторы.

Технические изделия

• Тенты и палатки: ткани с полиуретановым покрытием (например, Oxford 600D PU, Polyester PU) используются для изготовления тентов, навесов, палаток, чехлов для лодок и автомобилей.
• Ремни и ленты: полиуретановые ремни применяются в конвейерах, приводах, транспортерах.
• Фильтры: полиуретановые фильтровальные ткани используются для очистки жидкостей и газов.
• Медицинские изделия: бандажи, компрессионные чулки, протезы (полиуретан обладает биосовместимостью).

Автомобильная промышленность

• Салон автомобиля: обивка сидений, дверных карт, панелей приборов (ПУ-кожа).
• Чехлы для руля и сидений.
• Звукоизоляция: полиуретановые пенопласты используются в качестве шумоизоляции.

Интересные факты

• Полиуретановая ткань используется в производстве «умной» одежды: например, в куртках с подогревом, где полиуретан служит диэлектриком и защитой от влаги.
• В 2010-х годах появились биоразлагаемые полиуретаны на основе растительных масел (касторовое, соевое), которые могут разлагаться в почве за 2–5 лет.
• Полиуретановые ткани используются в космической промышленности: для изготовления скафандров (внешний слой) и терморегулирующих покрытий.
• В России производство полиуретановых тканей ведётся на предприятиях «Балаковорезинотехника» (Саратовская область), «Курскхимволокно» (Курская область), «Тверьстеклопластик» (Тверская область).

Критика

Основные недостатки полиуретановых тканей:

• Низкая воздухопроницаемость у материалов с плотным покрытием (особенно у дешёвых аналогов).
• Уязвимость к УФ-излучению — без стабилизаторов ткань быстро выцветает и теряет прочность.
• Сложность утилизации — полиуретан не разлагается в природных условиях, а при сжигании выделяет токсичные вещества (циановодород, диоксины). Переработка возможна, но ограничена (до 10–15% от объёма производства).
• Аллергенность — у некоторых людей полиуретан может вызывать контактный дерматит (особенно при длительном контакте с кожей).

Источники

• Байер О. «Полиуретаны: химия и технология». — М.: Химия, 1968.
• Крылова И. А., Михайлова Н. А. «Искусственные кожи и плёночные материалы». — М.: Легкая индустрия, 1980.
• ГОСТ 28420-89 «Ткани с полиуретановым покрытием. Технические условия».
• Справочник «Синтетические волокна и ткани» / под ред. В. А. Захарова. — М.: Легпромбытиздат, 1992.
• Материалы компании «Invista» (производитель лайкры) — технические бюллетени, 2005–2015.
• Исследование «Биоразлагаемые полиуретаны» // Journal of Applied Polymer Science, 2018, Vol. 135, Issue 12.