CPE薄膜的透气原理
2016/6/20 16:44:03
透气膜是一种环保型透气（汽）隔水（液、菌、尘）的功能性材料。微孔型透气膜的出现已有二十多年的历史，近10年得到迅速发展。中国在技术、市场及应用等方面均处在初级阶段。聚烯烃类透气膜，它是通过将惰性填料加入PE或PP载体中，经制膜、拉伸而制得。用于个人卫生护理用品，透气膜是普通隔水膜的升级换代产品。透气膜与普通膜不能作简单的替换，终产品的结构设计合理与否对透气膜的透气效果体现至关重要！
根据本人的从业体会，本文就业内人士所关注的有关透气膜的性能设定、制造技术、控制手段、应用领域、发展趋势等问题与各位一起商讨，期望对透气膜的生产及使用有所帮助。
透气膜的透气原理
透气膜的功能简言之：隔水、透气（湿气）。
正由于透气膜的结构特征，也使它具备了对其它液体、尘埃、细菌的阻隔作用，使它具备了更广的应用空间。
那透气膜是如何实现透气功能的呢？
以常用的PE为载体的透气膜为例。
基本成膜原理：PE+CaCO3 --- 成膜 --- 拉伸 --- 透气膜
透气(汽)性是指在一定的条件下，气（汽）体穿透材料的能力。
有关透气膜的透气及其隔水原理在国外基本上找不到通过正常渠道介绍的完整的文献资料，因此对其说法也各不相同，以下是我们经研究实验而得出的结论，已得到国内外同行的认同！
PE透气膜是在LDPE/LLDPE聚乙烯树脂载体中，添加50%左右的特种碳酸钙进行共混，经挤出成膜后定向拉伸一定倍率而成。由于聚乙烯树脂为热塑性塑性材料，可在一定条件下进行拉伸和结晶，拉伸时聚合物与碳酸钙颗粒之间发生界面剥离，碳酸钙颗粒周围就形成了相互连通的蜿蜒曲折的孔隙或通道，正是这些孔隙和通道赋予了薄膜的透气（湿）功能，从而沟通了薄膜两面的环境。
当薄膜一侧的水蒸气浓度在大于薄膜另一侧的环境时，形成了一种湿度梯度压力差,这就提供了气(汽)体对流的基本条件，由于对流的形成从而使得薄膜两侧的湿度环境趋于了相对的平衡。
值得一提的是，透气膜作为隔水膜使用，对其的基本要求即为对液体的阻隔效果，在此前提下才可谈及透气性能!
薄膜中存在的许多通路，由于它所形成的曲折通道“长径比”（L/D）值很大，因此可理解为毛细管。所以，在同一液体(如水)、相同压力情况下，只要毛细管的液柱高度小于毛细管的长度,就可保证液体不会漏出。因此薄膜的隔水性直接取决于透气膜的孔隙大小和通路长度。这种性能通常上可用耐水压(ΔP)来衡量,当水压超过微孔膜所能承受的耐水压值时，水就会漏出。根据以上毛细管原理,微孔膜微孔的耐水压可用毛细浸透压ΔP来置换，此时可用下式表示：
ΔP＝2σcosα/d
其中：
ΔP—浸透压(Pa)
σ—表面张力(N/m)
α—接触角(度)
d—毛细管直径
由此可见，我们可通过设计不同的微孔直径和薄膜厚度来满足客户的耐水压值要求（安全要求）；显然，亦可通过改变薄膜的微孔直径和微孔密度来实现WVTR的要求。对于个人卫生护理用品中所使用的透气膜，必须遵循在确保安全性(ΔP值)的前提下,提高薄膜的透气性能的原则。
透气膜的生产
微孔型透气膜的制造按制膜工艺的不同可分为吹膜法和流延法；按拉伸工艺的不同可分为单向拉伸法、双向拉伸法及局部拉伸法等。
目前，透气膜的生产与使用主要还是集中在亚洲的日本、韩国及中国的台湾。全球大约有六十条左右的透气膜生产线，亚洲就占四十条左右，其中，大多为流延+单向拉伸法。
与普通PE流延压纹膜相比，透气膜的制造具有更高的技术要求。生产过程中，以下方面要特别予以重视：
1、原料的选择
原料的选择直接影响透气膜的可加工性（如结焦时间、挤出稳定性、薄型膜材的可制作性及针孔缺陷等）及物性（如透气率、耐水压、热稳定性及机械性能等）。所以，适合客户对薄膜的物性要求及与加工设备的匹配状况，是选择透气料首先要考虑的；
2、除湿系统
原料的湿度偏高，是导致透气膜出现孔洞及T膜结焦的主要原因，它会严重影响透气膜生产效能和产品质量。因此，透气膜的生产不仅要对原料进行除湿（＜250ppm），原料的输送及飞边回收等系统，都应有严格的湿度控制要求；
3、挤出厚度控制
拉伸对挤出厚度的偏差有放大作用，所以，挤出厚度的控制，是确保终产品厚度均匀性的前提；
4、拉伸控制
透气膜的制造有2个必要条件，一是碳酸钙，一个就是拉伸。所以，拉伸在透气膜的制造过程中至关重要。拉伸温度、拉伸比、拉伸速率及拉伸间隙是拉伸工艺的4要素，它的整体平衡，会对透气膜的透气率、机械性能、一致性及外观产生很大影响；
5、热处理
用热处理的方法，回复和松弛拉伸后僵直的高分子链段，是提高透气膜材料在后道工序及使用过程中稳定性的必要手段。
透气膜的检测
1、水气透过率WVTR：Water Vapor Transmit Rate
建议条件：
增重法---40℃.90%相对湿度
减重法---40℃.40%相对湿度
2、空气通过率AP：Air Permeability ------sce/100cc
3、收缩率：%/80℃.15min
4、耐水压：cm
使用透气膜的原则（终制品厂）
1、终透气效果的体现，透气膜的固有特性是基础，但个人卫生护理用品的结构设计是关键；
2、作为隔水材料使用，透气膜的安全性（隔水性）是前提，只有在确保安全性的前提下，才可谈及透气性；
3、“宽—比较宽大”、“薄--薄型、贴身”、“包—比较封闭”型结构及相对较长时间使用（如尿裤、护垫等）的护理产品，使用透气膜材料是必要的；
4、与普通PE压纹膜相比，透气膜有它固有的不足，所以，制品的设计要善于规避缺憾，发挥特长。如，透气膜的横向强度（CD）较低、色彩比较单调、热稳定性差等等；
5、终的透气效果与透气膜的实际透气面积成正比。产品设计时要珍惜和保护有效的透气面积；
6、终产品的设计要考虑小环境的对流；
7、透气性产品在使用者身上的效能体现是有时滞的。透气产品的功效需要宣传。
复合透气膜
透气膜是一种很好的功能性材料，但它仍存有许多需要改进和提高的地方，如：CD强度、外观、成本、手感等。所以，无纺布与其相复合的材料就应蕴而生。
由于我们可以采用不材质、不同结构和不同基重的无纺布，在加上配以不同的复合方式，就可派生出各种类型的复合材料，以满足不同产品及消费的使用要求。
以下简单介绍一些常用的复合方式：
1、热（压/轧）合
对复合物进行加热并局部施压，通过不同材料间微观热压（轧）点的熔结使宏观成为复合一体的材料。此种复合方式比较传统，成本比较低，但复合牢度较难控制，比较容易穿孔，而且，局限与相同材料间才可进行；
2、胶（粘）合
用胶粘剂把不同材料粘结成一体的复合方式。它的特点是比较安全（不易产生孔洞），通过选择合适的胶粘剂可进行不同种材料间的复合。要想得到比较的复合材料，相对成本比较高（胶粘剂、设备）。要注意的是，不可采用满胶形式；
3、（涂）覆合
采用直接涂覆拉伸工艺生产透气性复合材料是一种新的复合技术，也是目前世界上的复合方式，有很好的发展前景。然而，它的技术普及率有待提高，设备一次性投资比较大，对无纺布亦有特殊的要求，同样，也只局限与相同材质间的复合。
结束语
透气膜及透气制品从上世纪末进入我国，一直是我们行业的热点，然而却热而不旺！究其原因，好象成本是主要的制约因素，但我认为，我们行业对透气膜的生产、使用及功效缺乏真正的深入的了解，也是很关键的！它使我们行业缺乏信心，难以形成规模经济，对消费者的宣传也缺乏必要的资金投入，没能在中国形成真正的透气产品市场。
以上对透气膜的原理、生产及使用作了简单的叙述，希望对热衷于透气产品事业的同仁有所帮助。也是抛砖引玉，相互探讨我国的透气产品事业发展，以求共同进步。
