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CPE薄膜的透氣原理

透氣膜是一種環(huán)保型透氣（汽）隔水（液、菌、塵）的功能性材料。微孔型透氣膜的出現(xiàn)已有二十多年的歷史，近10年得到迅速發(fā)展。中國在技術(shù)、市場及應(yīng)用等方面均處在初級(jí)階段。聚烯烴類透氣膜，它是通過將惰性填料加入PE或PP載體中，經(jīng)制膜、拉伸而制得。用于個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品，透氣膜是普通隔水膜的升級(jí)換代產(chǎn)品。透氣膜與普通膜不能作簡單的替換，終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否對透氣膜的透氣效果體現(xiàn)至關(guān)重要！
根據(jù)本人的從業(yè)體會(huì)，本文就業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注的有關(guān)透氣膜的性能設(shè)定、制造技術(shù)、控制手段、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢等問題與各位一起商討，期望對透氣膜的生產(chǎn)及使用有所幫助。
透氣膜的透氣原理
透氣膜的功能簡言之：隔水、透氣（濕氣）。
正由于透氣膜的結(jié)構(gòu)特征，也使它具備了對其它液體、塵埃、細(xì)菌的阻隔作用，使它具備了更廣的應(yīng)用空間。
那透氣膜是如何實(shí)現(xiàn)透氣功能的呢？
以常用的PE為載體的透氣膜為例。
基本成膜原理：PE+CaCO3 --- 成膜 --- 拉伸 --- 透氣膜
透氣(汽)性是指在一定的條件下，氣（汽）體穿透材料的能力。
有關(guān)透氣膜的透氣及其隔水原理在國外基本上找不到通過正常渠道介紹的完整的文獻(xiàn)資料，因此對其說法也各不相同，以下是我們經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)而得出的結(jié)論，已得到國內(nèi)外同行的認(rèn)同！
PE透氣膜是在LDPE/LLDPE聚乙烯樹脂載體中，添加50%左右的特種碳酸鈣進(jìn)行共混，經(jīng)擠出成膜后定向拉伸一定倍率而成。由于聚乙烯樹脂為熱塑性塑性材料，可在一定條件下進(jìn)行拉伸和結(jié)晶，拉伸時(shí)聚合物與碳酸鈣顆粒之間發(fā)生界面剝離，碳酸鈣顆粒周圍就形成了相互連通的蜿蜒曲折的孔隙或通道，正是這些孔隙和通道賦予了薄膜的透氣（濕）功能，從而溝通了薄膜兩面的環(huán)境。
當(dāng)薄膜一側(cè)的水蒸氣濃度在大于薄膜另一側(cè)的環(huán)境時(shí)，形成了一種濕度梯度壓力差,這就提供了氣(汽)體對流的基本條件，由于對流的形成從而使得薄膜兩側(cè)的濕度環(huán)境趨于了相對的平衡。
值得一提的是，透氣膜作為隔水膜使用，對其的基本要求即為對液體的阻隔效果，在此前提下才可談及透氣性能!
薄膜中存在的許多通路，由于它所形成的曲折通道“長徑比”（L/D）值很大，因此可理解為毛細(xì)管。所以，在同一液體(如水)、相同壓力情況下，只要毛細(xì)管的液柱高度小于毛細(xì)管的長度,就可保證液體不會(huì)漏出。因此薄膜的隔水性直接取決于透氣膜的孔隙大小和通路長度。這種性能通常上可用耐水壓(ΔP)來衡量,當(dāng)水壓超過微孔膜所能承受的耐水壓值時(shí)，水就會(huì)漏出。根據(jù)以上毛細(xì)管原理,微孔膜微孔的耐水壓可用毛細(xì)浸透壓ΔP來置換，此時(shí)可用下式表示：
ΔP＝2σcosα/d
其中：
ΔP—浸透壓(Pa)
σ—表面張力(N/m)
α—接觸角(度)
d—毛細(xì)管直徑
由此可見，我們可通過設(shè)計(jì)不同的微孔直徑和薄膜厚度來滿足客戶的耐水壓值要求（安全要求）；顯然，亦可通過改變薄膜的微孔直徑和微孔密度來實(shí)現(xiàn)WVTR的要求。對于個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品中所使用的透氣膜，必須遵循在確保安全性(ΔP值)的前提下,提高薄膜的透氣性能的原則。
透氣膜的生產(chǎn)
微孔型透氣膜的制造按制膜工藝的不同可分為吹膜法和流延法；按拉伸工藝的不同可分為單向拉伸法、雙向拉伸法及局部拉伸法等。
目前，透氣膜的生產(chǎn)與使用主要還是集中在亞洲的日本、韓國及中國的臺(tái)灣。全球大約有六十條左右的透氣膜生產(chǎn)線，亞洲就占四十條左右，其中，大多為流延+單向拉伸法。
與普通PE流延壓紋膜相比，透氣膜的制造具有更高的技術(shù)要求。生產(chǎn)過程中，以下方面要特別予以重視：
1、原料的選擇
原料的選擇直接影響透氣膜的可加工性（如結(jié)焦時(shí)間、擠出穩(wěn)定性、薄型膜材的可制作性及針孔缺陷等）及物性（如透氣率、耐水壓、熱穩(wěn)定性及機(jī)械性能等）。所以，適合客戶對薄膜的物性要求及與加工設(shè)備的匹配狀況，是選擇透氣料首先要考慮的；
2、除濕系統(tǒng)
原料的濕度偏高，是導(dǎo)致透氣膜出現(xiàn)孔洞及T膜結(jié)焦的主要原因，它會(huì)嚴(yán)重影響透氣膜生產(chǎn)效能和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，透氣膜的生產(chǎn)不僅要對原料進(jìn)行除濕（＜250ppm），原料的輸送及飛邊回收等系統(tǒng)，都應(yīng)有嚴(yán)格的濕度控制要求；
3、擠出厚度控制
拉伸對擠出厚度的偏差有放大作用，所以，擠出厚度的控制，是確保終產(chǎn)品厚度均勻性的前提；
4、拉伸控制
透氣膜的制造有2個(gè)必要條件，一是碳酸鈣，一個(gè)就是拉伸。所以，拉伸在透氣膜的制造過程中至關(guān)重要。拉伸溫度、拉伸比、拉伸速率及拉伸間隙是拉伸工藝的4要素，它的整體平衡，會(huì)對透氣膜的透氣率、機(jī)械性能、一致性及外觀產(chǎn)生很大影響；
5、熱處理
用熱處理的方法，回復(fù)和松弛拉伸后僵直的高分子鏈段，是提高透氣膜材料在后道工序及使用過程中穩(wěn)定性的必要手段。
透氣膜的檢測
1、水氣透過率WVTR：Water Vapor Transmit Rate
建議條件：
增重法---40℃.90%相對濕度
減重法---40℃.40%相對濕度
2、空氣通過率AP：Air Permeability ------sce/100cc
3、收縮率：%/80℃.15min
4、耐水壓：cm
使用透氣膜的原則（終制品廠）
1、終透氣效果的體現(xiàn)，透氣膜的固有特性是基礎(chǔ)，但個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵；
2、作為隔水材料使用，透氣膜的安全性（隔水性）是前提，只有在確保安全性的前提下，才可談及透氣性；
3、“寬—比較寬大”、“薄--薄型、貼身”、“包—比較封閉”型結(jié)構(gòu)及相對較長時(shí)間使用（如尿褲、護(hù)墊等）的護(hù)理產(chǎn)品，使用透氣膜材料是必要的；
4、與普通PE壓紋膜相比，透氣膜有它固有的不足，所以，制品的設(shè)計(jì)要善于規(guī)避缺憾，發(fā)揮特長。如，透氣膜的橫向強(qiáng)度（CD）較低、色彩比較單調(diào)、熱穩(wěn)定性差等等；
5、終的透氣效果與透氣膜的實(shí)際透氣面積成正比。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要珍惜和保護(hù)有效的透氣面積；
6、終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要考慮小環(huán)境的對流；
7、透氣性產(chǎn)品在使用者身上的效能體現(xiàn)是有時(shí)滯的。透氣產(chǎn)品的功效需要宣傳。
復(fù)合透氣膜
透氣膜是一種很好的功能性材料，但它仍存有許多需要改進(jìn)和提高的地方，如：CD強(qiáng)度、外觀、成本、手感等。所以，無紡布與其相復(fù)合的材料就應(yīng)蘊(yùn)而生。
由于我們可以采用不材質(zhì)、不同結(jié)構(gòu)和不同基重的無紡布，在加上配以不同的復(fù)合方式，就可派生出各種類型的復(fù)合材料，以滿足不同產(chǎn)品及消費(fèi)的使用要求。
以下簡單介紹一些常用的復(fù)合方式：
1、熱（壓/軋）合
對復(fù)合物進(jìn)行加熱并局部施壓，通過不同材料間微觀熱壓（軋）點(diǎn)的熔結(jié)使宏觀成為復(fù)合一體的材料。此種復(fù)合方式比較傳統(tǒng)，成本比較低，但復(fù)合牢度較難控制，比較容易穿孔，而且，局限與相同材料間才可進(jìn)行；
2、膠（粘）合
用膠粘劑把不同材料粘結(jié)成一體的復(fù)合方式。它的特點(diǎn)是比較安全（不易產(chǎn)生孔洞），通過選擇合適的膠粘劑可進(jìn)行不同種材料間的復(fù)合。要想得到比較的復(fù)合材料，相對成本比較高（膠粘劑、設(shè)備）。要注意的是，不可采用滿膠形式；
3、（涂）覆合
采用直接涂覆拉伸工藝生產(chǎn)透氣性復(fù)合材料是一種新的復(fù)合技術(shù)，也是目前世界上的復(fù)合方式，有很好的發(fā)展前景。然而，它的技術(shù)普及率有待提高，設(shè)備一次性投資比較大，對無紡布亦有特殊的要求，同樣，也只局限與相同材質(zhì)間的復(fù)合。
結(jié)束語
透氣膜及透氣制品從上世紀(jì)末進(jìn)入我國，一直是我們行業(yè)的熱點(diǎn)，然而卻熱而不旺！究其原因，好象成本是主要的制約因素，但我認(rèn)為，我們行業(yè)對透氣膜的生產(chǎn)、使用及功效缺乏真正的深入的了解，也是很關(guān)鍵的！它使我們行業(yè)缺乏信心，難以形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，對消費(fèi)者的宣傳也缺乏必要的資金投入，沒能在中國形成真正的透氣產(chǎn)品市場。
以上對透氣膜的原理、生產(chǎn)及使用作了簡單的敘述，希望對熱衷于透氣產(chǎn)品事業(yè)的同仁有所幫助。也是拋磚引玉，相互探討我國的透氣產(chǎn)品事業(yè)發(fā)展，以求共同進(jìn)步。