摘要：戶外飲水囊的應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大，相應(yīng)的，質(zhì)量也參差不齊。目前，該領(lǐng)域缺乏一個(gè)完善的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)戶外飲水囊各項(xiàng)性能進(jìn)行控制。本文從密封性、耐壓性兩方面對(duì)當(dāng)前兩大類飲水囊——TPU飲水囊和EVA飲水囊進(jìn)行了測(cè)試并簡要分析，發(fā)現(xiàn)熱合工藝、密封工藝和材質(zhì)因素是導(dǎo)致飲水囊性能差異的主要原因。
關(guān)鍵詞：戶外飲水囊、密封性、耐壓性、TPU、EVA
在健康生活態(tài)度的下，戶外運(yùn)動(dòng)越來越受到人們的青睞，因而推動(dòng)了戶外運(yùn)動(dòng)的專業(yè)化發(fā)展，尤以運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)或高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的水分補(bǔ)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(huì)給運(yùn)動(dòng)者帶來額外的負(fù)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(qiáng)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(dòng)不便。且其受力部位集中于一點(diǎn)，也易造成疲勞累加。三，也是重要的一點(diǎn)，就是飲水不便。金屬/塑料容器多設(shè)計(jì)為螺旋蓋開啟，對(duì)于某些無法或不便使用雙手開瓶飲水的戶外運(yùn)動(dòng)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(chǎng)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(hù)。戶外飲水囊優(yōu)勢(shì)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(jì)使水囊貼于人體負(fù)重能力ｚｕｉ強(qiáng)的背部，受力分散，不易產(chǎn)生疲勞感，同時(shí)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(duì)于騎行、攀巖等特殊運(yùn)動(dòng)正當(dāng)其用?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，飲水囊除了在戶外領(lǐng)域風(fēng)靡一時(shí)，還擴(kuò)展到軍用領(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。
戶外飲水囊密封和耐壓性檢驗(yàn)
理想的飲水囊應(yīng)密封ｊｉ佳、耐壓并具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。但現(xiàn)狀是，戶外飲水囊發(fā)展速度過快導(dǎo)致了質(zhì)量的參差不齊，多表現(xiàn)在連接部位漏水、重壓下囊體薄弱處破裂以及少量的刺破問題。由于目前尚未出臺(tái)針對(duì)戶外飲水囊的國家標(biāo)準(zhǔn)，筆者參考包裝膜及包裝容器的相關(guān)國標(biāo)，對(duì)兩種材質(zhì)的戶外飲水囊進(jìn)行了密封性和耐壓性的檢驗(yàn)。
密封性：參照GB/T 15171-94《軟包裝件密封性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)儀器為MFY-01密封試驗(yàn)儀。
耐壓性：參照GB/T 4857.4-2008《包裝 運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn) 第4部分：采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)儀器為i-Boxtek 1700紙箱抗壓試驗(yàn)儀。
1、密封性
根據(jù)GB/T 15171-94的規(guī)定，將10個(gè)試樣（兩種材質(zhì)各5個(gè)）依次置入儀器充滿水的真空室中，關(guān)閉真空室的密封蓋對(duì)內(nèi)抽真空，真空室的大真空度應(yīng)不低于90kPa。觀察期間試樣的泄漏情況，無連續(xù)的氣泡產(chǎn)生及開封檢查時(shí)無水滲入，則該試樣合格，否則為不合格。測(cè)試結(jié)果見表1。結(jié)果表明，TPU材質(zhì)的試樣3#和4#，及EVA材質(zhì)的試樣10#均發(fā)生了漏氣，而漏氣部位分別為注水口封蓋和封邊處。可以看出，相對(duì)于囊體表面，水囊封邊處和配件連接處更易發(fā)生漏氣，其原因可歸咎于兩點(diǎn)：
?。?）水囊封邊一般采用全熱合工藝，借助高頻塑膠熔接機(jī)的高頻電子管震蕩使材料內(nèi)部分子振蕩及共振，促使分子重新排列產(chǎn)生熱能，在一定壓力下重新熔合。這種工藝不使用膠水，安全環(huán)保，但需注意合理的把握熱合的壓力和時(shí)間。壓力過大，時(shí)間過長，容易造成封邊處材料被壓制過薄，強(qiáng)度減弱；反之，則封合不實(shí)，同樣也達(dá)不到理想的封合強(qiáng)度。這兩種情況都易發(fā)生強(qiáng)壓泄漏。
?。?）注水蓋與注水口連接處密封不良。飲水囊的注水蓋結(jié)構(gòu)如圖2，其密封效果由螺紋嚙合和硅膠圈決定。螺紋嚙合指螺旋蓋的螺紋起點(diǎn)與瓶口螺紋起點(diǎn)之間的嚙合點(diǎn)到瓶口密封面與內(nèi)襯接觸的那一點(diǎn)所轉(zhuǎn)過的螺紋圈數(shù)。螺紋嚙合的區(qū)域越大，注水蓋的定位越好，則保持瓶蓋在原位的固定扭矩的作用越大，密封越好。硅膠圈起到密合注水口密封面細(xì)微凹凸不平之處的作用，因此應(yīng)具有足夠的彈性和剛性，并持續(xù)保持。注水蓋與注水口連接處出現(xiàn)泄漏，多由于螺紋設(shè)計(jì)缺陷和硅膠圈老化兩方面的問題。
圖2 飲水囊注水蓋結(jié)構(gòu)圖
2、耐壓性。
根據(jù)GB/T 4857.4-2008對(duì)抗壓試驗(yàn)的方法規(guī)定，選擇儀器中“壓潰力試驗(yàn)”。將試樣放置于試驗(yàn)機(jī)的下壓板中心，上壓板以10mm/min的速度向下對(duì)試樣施加載荷，直至試樣壓潰測(cè)得的大力值即為試驗(yàn)結(jié)果，見表2。通過對(duì)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(yàn)后，觀察10個(gè)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：
?。?）TPU材質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度，如抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率、穿刺強(qiáng)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(jī)二異氰酸酯化合物和擴(kuò)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?zhǔn)怯绍涙湺魏陀叉湺谓M成，聚醚/聚酯二元醇構(gòu)成軟鏈段，異氰酸酯和擴(kuò)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(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵，因此具有較高的抗拉強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和穿刺強(qiáng)度[2]。隨著擴(kuò)鏈劑的加入，硬鏈段比例也隨之增加，氫鍵密度增大，物理性交聯(lián)密度增大，加強(qiáng)了剛性鏈段間的聚集作用，提高了TPU的抗拉強(qiáng)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(dāng)VA含量增加，如超過30%時(shí)，EVA的彈性、抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性能都會(huì)提升，反之上述性能則會(huì)弱化。
以抗拉強(qiáng)度這一性能為例，筆者從兩種材質(zhì)共10個(gè)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(cè)定》中拉伸強(qiáng)度（等同上文“抗拉強(qiáng)度”的意義）的試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表3?？梢姡琓PU材質(zhì)的拉伸強(qiáng)度均優(yōu)于EVA材質(zhì)。
?。?）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(jìn)行改善。
總結(jié)
戶外飲水囊的應(yīng)用范圍日漸擴(kuò)大，相應(yīng)的，質(zhì)量也參差不齊。目前，該領(lǐng)域缺乏一個(gè)完善的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)戶外飲水囊各項(xiàng)性能進(jìn)行控制。本文從密封性、耐壓性兩方面對(duì)當(dāng)前兩大類飲水囊——TPU飲水囊和EVA飲水囊進(jìn)行了測(cè)試并簡要分析了影響因素，希望對(duì)相關(guān)企業(yè)有所助益。
參考文獻(xiàn)
[1]詹中賢,赫軍令.熱塑性聚氨酯彈性體力學(xué)性能和結(jié)晶性能的研究[J].彈性體,2007,17(4):31-35.
[2]詹中賢,朱長春.影響熱塑性聚氨酯彈性體力學(xué)性能的因素[J].聚氨酯工業(yè),2005,20(1):17-20.
[3]韓海軍,丁雪佳,張麗娟.熱塑性聚氨酯彈性體力學(xué)性能和流變性能的研究[J].塑料工業(yè),2010,38(4):109-112.
