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戶外飲水囊的密封和耐壓性能分析
閱讀：1043 發(fā)布時間：2019-5-23在健康生活態(tài)度的下，戶外運動越來越受到人們的青睞，因而推動了戶外運動的專業(yè)化發(fā)展，尤以運動裝備的專業(yè)化為突出。其中，戶外飲水系統(tǒng)在便利性和輕量化需求的推動下不斷更新，催生了以“戶外飲水囊”為代表的現(xiàn)代飲水系統(tǒng)。
戶外飲水囊的誕生背景
早期，戶外飲水裝置一般為簡單的獸皮袋，后逐漸發(fā)展為金屬或塑料制容器。作為飲水系統(tǒng)應(yīng)用于戶外運動中，金屬/塑料容器的缺陷顯而易見：一、自重較大，容量有限。一般來說，金屬/塑料容器的普遍水容量為0.5L~2L，在滿足中、長途運動或高強度運動的水分補充方面稍顯不足。自重方面，以1.5L的不銹鋼水壺為例，其凈重約為500g左右（不含水的質(zhì)量），將會給運動者帶來額外的負重。塑料容器雖自重較輕，但塑料材質(zhì)自身的安全性和耐穿刺強度方面存在隱患，不利于在復(fù)雜多變的自然環(huán)境中使用。二、不利于攜行。金屬/塑料容器多自帶單肩背帶用于肩部或腰部攜挎，易造成行動不便。且其受力部位集中于一點，也易造成疲勞累加。三，也是重要的一點，就是飲水不便。金屬/塑料容器多設(shè)計為螺旋蓋開啟，對于某些無法或不便使用雙手開瓶飲水的戶外運動種類，如騎行、攀巖、越野跑等，適用性不佳。
金屬/塑料容器的上述缺陷為戶外飲水囊的發(fā)展提供了空間。戶外飲水囊，基本配置包括囊體、注水口及密封蓋、帶有自鎖裝置的出水座、帶有自鎖裝置的水嘴及出水管，如圖1。目前市場上除了基礎(chǔ)配置的水囊，還有背包式水囊，是在水囊外部配以背包式的包裹系統(tǒng)，既易攜帶又多一重防護。戶外飲水囊優(yōu)勢明顯：自重較輕容量大，2.5L的TPU材質(zhì)水囊自重范圍在140~180g，較1.5L不銹鋼水壺減輕了50%以上；背包式設(shè)計使水囊貼于人體負重能力強的背部，受力分散，不易產(chǎn)生疲勞感，同時還具有傳統(tǒng)水壺不具備的降溫功效；此外，飲水方式發(fā)生了重要變化，通過含咬出水管的水嘴即能飲水，不妨礙雙手工作，對于騎行、攀巖等特殊運動正當其用。基于上述優(yōu)勢，飲水囊除了在戶外領(lǐng)域風(fēng)靡一時，還擴展到部隊領(lǐng)域，集飲水、枕墊、背包多功用于一體，成為現(xiàn)代作戰(zhàn)裝備的重要組成部分。
2、耐壓性。
表2 戶外飲水囊耐壓性測試結(jié)果
耐壓性 KN | ||||
材質(zhì) | TPU | EVA | ||
試樣編號 | 11# | 7.154 | 16# | 5.752 |
12# | 6.857 | 17# | 4.268 | |
13# | 6.920 | 18# | 4.634 | |
14# | 7.341 | 19# | 5.192 | |
15# | 7.123 | 20# | 5.475 | |
根據(jù)GB/T 4857.4-2008對抗壓試驗的方法規(guī)定，選擇儀器中“壓潰力試驗”。將試樣放置于試驗機的下壓板中心，上壓板以10mm/min的速度向下對試樣施加載荷，直至試樣壓潰測得的大力值即為試驗結(jié)果，見表2。通過對比，TPU材質(zhì)飲水囊的平均壓潰力為7.079KN，EVA材質(zhì)飲水囊的平均壓潰力為5.064KN，前者的耐壓性普遍高于后者。試驗后，觀察10個試樣的潰裂位置，以封邊破裂和囊體破裂為主。這反映了兩方面問題：
（1）TPU材質(zhì)的力學(xué)強度，如抗拉強度、斷裂伸長率、穿刺強度等，優(yōu)于EVA材質(zhì)，在受到外力壓迫下，TPU的耐壓性更佳。TPU即熱塑性聚氨酯彈性體，是由聚醚/聚酯二元醇、有機二異氰酸酯化合物和擴鏈劑等通過逐步加成聚合反應(yīng)制成的高分子材料。TPU的分子鏈是由軟鏈段和硬鏈段組成，聚醚/聚酯二元醇構(gòu)成軟鏈段，異氰酸酯和擴鏈劑、交聯(lián)劑等構(gòu)成硬鏈段[1]。其中，聚酯型多元醇聚合而成的彈性體，聚酯多元醇分子中因含有較多的極性酯基，內(nèi)聚能較大，可形成較強的分子內(nèi)氫鍵，因此具有較高的抗拉強度、撕裂強度和穿刺強度[2]。隨著擴鏈劑的加入，硬鏈段比例也隨之增加，氫鍵密度增大，物理性聯(lián)密度增大，加強了剛性鏈段間的聚集作用，提高了TPU的抗拉強度等一系列力學(xué)性能[3]。EVA指的是乙烯-醋酸乙烯共聚物，是由乙烯（E）和乙酸乙烯（VA）共聚而成，其性能受到VA含量的影響，當VA含量增加，如超過30%時，EVA的彈性、抗拉強度、抗沖擊性能都會提升，反之上述性能則會弱化。
以抗拉強度這一性能為例，筆者從兩種材質(zhì)共10個飲水囊袋體分別裁取了10條啞鈴狀試樣，按照GB/T 528-1998《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》中拉伸強度（等同上文“抗拉強度”的意義）的試驗方法對其進行了測試，結(jié)果如表3。可見，TPU材質(zhì)的拉伸強度均優(yōu)于EVA材質(zhì)。
表3 戶外飲水囊材質(zhì)拉伸強度測試結(jié)果
| 拉伸強度 MPa | |||
材質(zhì) | TPU | EVA | ||
21# | 31 | 26# | 23 | |
22# | 38 | 27# | 26 | |
23# | 34 | 28# | 27 | |
24# | 33 | 29# | 21 | |
25# | 34 | 30# | 22 | |
（2）壓潰破裂部位位于封邊的試樣，說明其封邊質(zhì)量存在問題，可以從上文分析的熱合工藝著手進行改善。
總結(jié)
戶外飲水囊的應(yīng)用范圍日漸擴大，相應(yīng)的，質(zhì)量也參差不齊。目前，該領(lǐng)域缺乏一個完善的質(zhì)量標準，對戶外飲水囊各項性能進行控制。本文從密封性、耐壓性兩方面對當前兩大類飲水囊——TPU飲水囊和EVA飲水囊進行了測試并簡要分析了影響因素，希望對相關(guān)企業(yè)有所助益。