戶外飲水囊的密封和耐壓性能（néng）分析

　　在健康生（shēng）活態度的引領（lǐng）下，戶外運（yùn）動越來（lái）越受到人們的（de）青睞，因而推動了戶外運動的專業化發展，尤以運（yùn）動裝備的專業化最為突出。其中，戶外飲水係統在便利性和輕量化需求的推動下不斷（duàn）更新，催生了以“戶外飲水囊”為代表的現代（dài）飲水係（xì）統。

戶外飲水囊的誕生背景

　　早期，戶外（wài）飲水裝置一（yī）般為簡單的獸皮袋（dài），後逐（zhú）漸發展為金屬或塑料製容器。作為飲水係統應用於戶外運動中，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（shuō），金屬/塑料（liào）容器（qì）的普遍水容量為0.5L~2L，在滿（mǎn）足中、長途運動或高強度運動的水分補充方麵稍顯（xiǎn）不足。自重方麵，以1.5L的不鏽鋼水壺為例，其淨重約為500g左右（不含水的質量），將會給運（yùn）動者（zhě）帶來額外的負重。塑料容（róng）器雖自重較輕，但塑（sù）料材質自身的安全性和耐穿刺強度方麵存在隱（yǐn）患，不利於在複雜多變的自（zì）然環境中使用。二、不利於攜行。金屬/塑料容器多自帶單肩背帶用於肩部或腰部攜挎，易（yì）造成行（háng）動不便。且其（qí）受力部位集中（zhōng）於一點，也易造成疲（pí）勞累加。三，也是最重要（yào）的一點（diǎn），就是飲水不便。金屬/塑料容（róng）器多設計為螺旋蓋開啟，對於某（mǒu）些無法或（huò）不便使用雙（shuāng）手開瓶飲（yǐn）水的戶外運動種類，如騎行、攀岩、越野跑等，適用性不佳（jiā）。

　　金屬/塑料容器的上述缺陷為戶外飲水囊的發展提供（gòng）了空間。戶外飲水囊（náng），基本配置包括囊體、注水口（kǒu）及密封蓋、帶有自鎖裝置的出水座、帶有自鎖裝置的水（shuǐ）嘴及出水管，如圖1。目前市場上除了基礎配置的水囊，還（hái）有背包式水囊，是在水囊外部配（pèi）以背包（bāo）式的包裹係統，既易攜帶又多一重防護。戶外飲水囊優勢明顯：自重較輕容量大，2.5L的TPU材質水（shuǐ）囊自重範圍在140~180g，較1.5L不鏽鋼水壺減輕了（le）50%以上；背包式設計使水囊貼於人體負重能力最強（qiáng）的背部，受力分散，不易產生（shēng）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（shuǐ）方式發生了重要變化，通過含咬出水管的水嘴即能飲水，不妨礙雙（shuāng）手工作，對於騎行、攀岩（yán）等（děng）特殊運動正當其用。基於上（shàng）述優勢，飲水囊除了在戶外領域風靡一時，還擴展到軍用領（lǐng）域，集飲水（shuǐ）、枕墊、背（bèi）包多功用於一體，成為現代（dài）作戰（zhàn）裝備的重要組成（chéng）部分。

圖1 戶外飲水囊

戶外（wài）飲水囊密封和耐壓性檢驗（yàn）

　　理想的飲水囊應密封極佳、耐壓並具有較高的力學強度。但現狀是，戶外飲水囊發展速度過快導致了（le）質量的參差不齊（qí），多表現在連（lián）接部（bù）位漏水、重壓下囊體薄弱處破裂以及少量的刺破問題。由於目前尚未出台針（zhēn）對戶外飲水囊的國家標準，筆（bǐ）者參考（kǎo）包（bāo）裝膜及包裝容器的相關國標，對兩種材質的戶外飲（yǐn）水囊（náng）進（jìn）行了密封性和（hé）耐壓性的檢驗。

　　密封（fēng）性：參照GB/T 15171-94《軟包裝件密封性能試驗方法》進行測試，試驗儀器為MFY-01密封試驗儀。

　　耐壓性（xìng）：參照GB/T 4857.4-2008《包（bāo）裝 運輸（shū）包裝件基本試驗 第4部分：采（cǎi）用壓力試驗機進行的（de）抗壓和堆碼試驗方法》進行測試，試驗儀器（qì）為i-Boxtek 1700紙箱抗壓試驗儀。

1、密封性（xìng）

表1 戶（hù）外飲（yǐn）水囊密封（fēng）性測（cè）試結果

　　根據GB/T 15171-94的規定，將10個試樣（兩種材質各5個）依（yī）次置（zhì）入儀器充滿水的真空室（shì）中，關（guān）閉真空室的密封蓋對內抽真空，真空室的最大真空度應不低於90kPa。觀（guān）察期間試樣的泄漏情況，無連續的氣泡產生及開封檢查時（shí）無水滲（shèn）入，則該試樣合格，否則為不（bú）合格。測試結果見表1。結果表明，TPU材質的試樣3#和4#，及EVA材質的試樣10#均發生了漏氣，而漏（lòu）氣部位分別為注水口封蓋和封邊（biān）處。可以看出，相對於（yú）囊體表麵，水囊封邊處和配件連（lián）接處更易發生漏氣，其（qí）原因可歸咎於兩點：

　　（1）水囊封邊一般采（cǎi）用全熱合工藝，借助高頻塑膠熔接機的高頻電子管震蕩使材料內部分子振蕩及共振，促使分（fèn）子重新排列產生（shēng）熱能，在一定壓力下重新熔合。這種（zhǒng）工藝不（bú）使用膠水，安全環保，但需注意合理的把握熱合的壓力（lì）和時間。壓力過大，時間過長，容易造成封邊處材（cái）料被壓製過（guò）薄，強度減弱；反之（zhī），則封合不實，同樣也達不到理想的封合強（qiáng）度。這兩種情況都易發生強壓泄漏。

　　（2）注水蓋與注水（shuǐ）口連接處（chù）密封不良。飲水囊的注水蓋結（jié）構如圖2，其密封（fēng）效果由螺（luó）紋齧合（hé）和矽膠圈決定。螺紋齧合指螺旋蓋的螺紋起（qǐ）點與瓶口螺紋起點之間的第一（yī）齧合點到瓶口密封麵與（yǔ）內襯接觸的那一點所轉過的螺紋圈數。螺（luó）紋齧合的區域越大，注水（shuǐ）蓋的定位越好，則保持瓶蓋在原位（wèi）的固定扭矩的作用越大，密（mì）封越好。矽膠圈起到密合注水口密（mì）封麵（miàn）細微凹凸（tū）不平之（zhī）處的作用，因此應具有足夠的彈性和剛性，並持續（xù）保持。注水蓋與注水口（kǒu）連（lián）接處出現泄漏，多由於螺紋設計（jì）缺陷和矽膠圈老化兩方麵的問題。

圖2 飲水囊（náng）注水蓋（gài）結構圖

2、耐（nài）壓（yā）性。

表2 戶外飲水囊（náng）耐壓性測試結果

　　根據GB/T 4857.4-2008對抗壓試驗的方（fāng）法規定，選擇儀（yí）器（qì）中“壓潰力試驗”。將試樣放置於試（shì）驗機（jī）的下壓板中心（xīn），上壓板（bǎn）以10mm/min的（de）速度（dù）向下對（duì）試樣施加載（zǎi）荷，直至試樣壓潰測得的最（zuì）大力值即為試（shì）驗結果，見表2。通過對比，TPU材質飲水囊的平均壓（yā）潰力為7.079KN，EVA材質飲水囊（náng）的平均壓潰力為5.064KN，前者的（de）耐壓性普遍（biàn）高（gāo）於後者。試驗後，觀察10個試樣的（de）潰裂位置，以封邊破裂和（hé）囊體破裂為主。這反映了兩方麵問題：

　　（1）TPU材質的力學強度，如抗拉強（qiáng）度、斷裂（liè）伸長率、穿刺強度（dù）等，優於EVA材質，在受到外力壓迫下，TPU的耐壓性更佳（jiā）。TPU即熱塑性聚氨酯彈性體，是由聚醚（mí）/聚酯（zhǐ）二元醇、有機二異氰（qíng）酸酯化合物和擴鏈劑等通過逐步（bù）加成聚合反應製成的高分子材料。TPU的分子鏈是由軟鏈（liàn）段和硬鏈段組成，聚（jù）醚/聚酯二元醇（chún）構成軟鏈（liàn）段，異（yì）氰（qíng）酸酯和擴鏈劑、交聯（lián）劑等構成硬鏈段^[1]。其中，聚酯型（xíng）多元醇聚合而成的彈性體（tǐ），聚酯（zhǐ）多元醇分子中因含有較多的極性酯基，內（nèi）聚能（néng）較大，可形成較強的分子內氫鍵，因此具有較高的抗拉強度（dù）、撕裂強度和穿刺強度^[2]。隨著擴鏈劑的加（jiā）入，硬鏈段比例也隨之增加，氫鍵密度增（zēng）大，物理性交聯密度增大，加（jiā）強了剛性（xìng）鏈段間的聚集作用，提（tí）高了TPU的抗（kàng）拉強（qiáng）度等一係列力學（xué）性能^[3]。EVA指的是乙烯（xī）-醋酸乙烯共聚物，是由（yóu）乙烯（E）和乙酸乙烯（xī）（VA）共（gòng）聚而成，其性能受到VA含量的影響（xiǎng），當VA含量增加，如超過30%時，EVA的（de）彈性、抗拉強度、抗衝擊（jī）性能都會提（tí）升，反之上述性能則會弱化。

　　以抗拉強度這一（yī）性能為（wéi）例，筆者從兩種材質共（gòng）10個飲水囊袋體分別裁（cái）取了10條啞鈴狀試樣，按照GB/T 528-1998《硫化橡膠或熱（rè）塑性橡膠拉伸應力應變性能（néng）的測定》中拉伸強度（dù）（等同上文“抗拉強度”的意義）的試驗方法對其進行了測（cè）試，結果如表3。可見，TPU材質的拉伸強度均優於EVA材（cái）質。

表3 戶外飲水囊材質拉伸強度測試結果

　　（2）壓潰破裂（liè）部位位於封邊的試樣，說明其封邊質量存在問題，可以從上文分析的熱合工藝著手進行改善（shàn）。

總結

　　戶外飲水囊的應用範圍（wéi）日漸擴大，相應的，質量也參差不（bú）齊。目前（qián），該領域（yù）缺乏（fá）一個完善（shàn）的質量標準，對戶外飲水囊各項性能進行控製。本文從密（mì）封性、耐壓性兩方麵對當前兩大（dà）類飲水囊——TPU飲水囊和EVA飲水囊進行了（le）測試並簡要分析了（le）影響因素，希望對相關企業（yè）有（yǒu）所助益（yì）。

參考文獻

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