暖貼用透氣膜透濕量波動(dòng)原因分析

(河南省核工業(yè)地質(zhì)局 ， 河南核信恒達(dá)實(shí)業(yè)有限公司 ， 河南 信陽(yáng) 464000)

暖貼用透氣膜透濕量波動(dòng)原因分析

劉海育

(河南省核工業(yè)地質(zhì)局 ， 河南核信恒達(dá)實(shí)業(yè)有限公司 ， 河南 信陽(yáng) 464000)

透氣膜是暖貼的關(guān)鍵原材料之一，透氣膜的穩(wěn)定性直接關(guān)系著暖貼產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，從透氣膜生產(chǎn)過(guò)程入手，分析原料、造粒、流延拉伸過(guò)程對(duì)透氣膜透濕量波動(dòng)的影響，為穩(wěn)定透氣膜透濕量，改進(jìn)暖貼產(chǎn)品質(zhì)量提供了依據(jù)。

透氣膜 ; 透濕量 ; 波動(dòng)

Abstract:Ventilated membrane is one of the key raw materials of warm paste,stability of ventilated membrane directly affects the stability of warm paste quality,this article from the production process of the ventilated membrane,the impact of raw materials, granulating,casting process of fluctuation of ventilated membrane is analysised.It provides the basis for the stability of water vapor transmission of ventilated membrane and improving the quality of warm paste.

Keywords:ventilated membrane ; water vapor transmission ; fluctuation

0 前言

暖貼用透氣膜也叫防水透氣膜、聚乙烯微孔透氣膜，是一種具有無(wú)數(shù)微孔的塑料薄膜，可與針織物、機(jī)織物、非織造材料等進(jìn)行黏合壓層，用于制造衛(wèi)生防護(hù)用品以及透氣性防雨布等制品，在醫(yī)療衛(wèi)生、個(gè)人護(hù)理、建筑、農(nóng)副產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。在暖貼中，主要與打孔淋膜布配合使用或者與非織造布進(jìn)行復(fù)合使用，用于控制暖貼發(fā)熱物料的發(fā)熱量和發(fā)熱時(shí)間。其主要原理是利用透氣膜的微孔，來(lái)控制暖貼混合料的發(fā)熱，當(dāng)薄膜透濕量大時(shí)，暖貼混合料發(fā)熱快、溫度高，發(fā)熱時(shí)間短，當(dāng)薄膜透濕量小時(shí)，暖貼混合料發(fā)熱慢、溫度低、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)控制透氣膜的孔隙，達(dá)到控制暖貼發(fā)熱溫度和持續(xù)時(shí)間的目的。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，往往會(huì)因透濕量的波動(dòng)導(dǎo)致暖貼溫度和持續(xù)時(shí)間的波動(dòng)。因此，穩(wěn)定透氣膜透濕量是穩(wěn)定暖貼產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。本文從透氣膜生產(chǎn)過(guò)程入手，分析了影響透氣膜透濕量波動(dòng)的幾個(gè)關(guān)鍵因素。

1 試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原料

低密度聚乙烯(LDPE)：熔體流動(dòng)速率(MFR)=4.0 g/10 min，廈門(mén)榮錦公司；茂金屬聚乙烯(MPE)：熔體流動(dòng)速率(MFR)=3.5 g/10 min，廈門(mén)建發(fā)公司；碳酸鈣—英格瓷(蕪湖)有限公司；改性聚對(duì)苯二酰對(duì)苯二胺(PPA)：熔體流動(dòng)速率(MFR)=2.4 g/10 min，上海尚瑞格塑料有限公司，其他助劑為市售。

1.2主要儀器設(shè)備

造粒機(jī)，STOWJ-75，東方機(jī)械有限公司；透氣膜流延生產(chǎn)機(jī)組，F(xiàn)MC130-1600，東方機(jī)械有限公司； 熔體流動(dòng)速率測(cè)試儀，XNR-400 W，承德市大加儀器有限公司； 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)，AP8224，東莞安普儀器有限公司；粒徑測(cè)試儀，Mastersize2000EVer.5.20,Malvern Instruments Ltd.Malvern,UK；拉力機(jī)，STR-A，廣西西唐機(jī)電科技有限公司。

1.3透氣膜的制備

將碳酸鈣、低密度聚乙烯、茂金屬聚乙烯及其它小料按一定比例在造粒機(jī)混合造粒，制得透氣膜母料。將制得的母料在透氣膜流延機(jī)上進(jìn)行流延拉伸，其中，透氣膜質(zhì)量45 g，幅寬1 200 mm，拉伸倍率橫向1 330‰、縱向1330‰。

1.4透氣膜檢驗(yàn)結(jié)果

透氣膜透濕量檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 透氣膜透濕量檢測(cè)結(jié)果

從圖1可以看出，橫向?yàn)椴煌笟饽悠窓M向透濕量檢測(cè)結(jié)果，依據(jù)透氣膜樣品幅寬，每100 min抽樣一次，共抽樣11個(gè)。暖貼用透氣膜在橫向、縱向都有明顯的波動(dòng)。其橫向最大波動(dòng)為360，縱向最大波動(dòng)為369。透氣膜透濕量的波動(dòng)，也造成了暖貼產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)。

2 結(jié)果與討論

2.1原料的影響

暖貼透氣膜的主要原料為碳酸鈣、聚乙烯。其工藝過(guò)程是先將以碳酸鈣為主的無(wú)機(jī)填料填充聚乙烯，制得透氣膜專(zhuān)用料；然后將專(zhuān)用料經(jīng)過(guò)流延方式制成薄膜；最后通過(guò)對(duì)薄膜施加單向或雙向拉伸作用，使聚合物基體與填料顆粒表面發(fā)生分離并在填料顆粒之間發(fā)展出相互連通的微孔道，從而形成微孔透氣膜。其中碳酸鈣含量>60%，是致孔的關(guān)鍵。由于透氣膜透氣孔與碳酸鈣的粒徑分布有關(guān)，平均粒徑最大而分布較寬的碳酸鈣制備的透氣膜透氣性較好[1]。因此，透氣性增加意味著孔隙或孔徑的增加。碳酸鈣粒徑分布的波動(dòng)造成孔徑的波動(dòng)，進(jìn)而造成透氣膜透濕量的波動(dòng)。同一批次碳酸鈣粒徑檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 碳酸鈣粒徑分布表

由表1可知，d(0.5)反應(yīng)平均粒徑，d(0.97)和d(0.1)的差值反應(yīng)的是粒徑分布寬度，平均粒徑和粒徑分布寬度均有一定的波動(dòng)，這是造成透氣膜透濕量波動(dòng)的主要原因。

2.2生產(chǎn)工藝的影響

2.2.1造粒的影響

造粒過(guò)程就是將碳酸鈣分散到熔融的塑料中，碳酸鈣分散得越均勻，透氣膜透濕量波動(dòng)性越小。其生產(chǎn)工藝是將碳酸鈣、茂金屬聚乙烯、中密度聚乙烯等原料混合均勻，在熔融狀態(tài)下擠出成線(xiàn)狀，經(jīng)冷卻水冷卻分切成型。

造粒過(guò)程中，由于混合料中有塑料粒子，有無(wú)機(jī)礦物質(zhì)，不同塑料粒子的溶體流速不同，完全混合均勻難度較大。其次，在冷卻過(guò)程中，冷卻水溫的變化，粒子內(nèi)各物質(zhì)在應(yīng)力的作用下發(fā)生變動(dòng)，也會(huì)導(dǎo)致其分布發(fā)生變化。因此，在造粒過(guò)程中，造粒設(shè)備的技術(shù)參數(shù)控制是關(guān)鍵外，冷卻水溫的控制也是關(guān)鍵。由于冷卻水槽為敞開(kāi)式，環(huán)境的變化導(dǎo)致粒子內(nèi)各物質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化，造成透氣粒子熔體流速的波動(dòng)，進(jìn)而造成透氣膜透濕量的波動(dòng)。透氣粒子熔體流速波動(dòng)見(jiàn)圖2。

圖2 透氣粒子熔體流速波動(dòng)圖

2.2.2流延工藝的影響

流延工藝即將透氣粒子經(jīng)干燥—擠出流延—拉伸安定過(guò)程制成透氣膜成品。流延拉伸是透氣膜成型的關(guān)鍵，因此也是造成透氣膜透濕量波動(dòng)的關(guān)鍵因素。

擠出流延過(guò)程是將制作好的透氣膜母粒干燥后，高溫熔融，熔融物質(zhì)通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)經(jīng)模頭流出。流延過(guò)程中，原料從螺桿進(jìn)入后，熔融后大部分物料要經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)設(shè)備。部分物料在濾網(wǎng)處集聚時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致塑料原料炭化，出現(xiàn)破洞和沙眼，進(jìn)而造成透氣膜透濕量的波動(dòng)。因此，高溫和物料流通不暢是造成炭化的主要原因。要減少沙眼和破洞，必須密切注意擠出機(jī)濾前、濾中壓力及主機(jī)電流變化，觀察模頭物料擠出狀況，判斷是否含有雜質(zhì)或過(guò)度阻塞。如有雜質(zhì)需延長(zhǎng)排料時(shí)間，如有阻塞需左右均衡清理模唇。

膜經(jīng)過(guò)流延以后進(jìn)入拉伸部分，經(jīng)過(guò)拉伸產(chǎn)生微孔，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、拉伸、定型7組油溫控制輥。在拉伸安定過(guò)程中，拉伸倍率是影響透濕量變化的關(guān)鍵。

圖3 不同拉伸倍率透濕量變化曲線(xiàn)圖

由圖3可以看出，隨著拉伸倍率的增大，透氣膜透濕量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。這是由于拉伸倍率的增加，分子鏈從碳酸鈣周?chē)鷦冸x，形成更大的孔隙率，薄膜的強(qiáng)度降低，透氣量增大[2-3]?？梢?jiàn)拉伸倍率是決定透氣膜透濕量的關(guān)鍵。暖貼生產(chǎn)中，由于產(chǎn)品特性的不同，需要使用不同透濕量的透氣膜，因此，生產(chǎn)過(guò)程中，只有掌握拉伸比與薄膜透濕量的關(guān)系，才能根據(jù)需求制作不同類(lèi)型的透氣膜。

雖然拉伸倍率是影響透氣膜的關(guān)鍵因素，但在圖1中可以看出，透氣膜透濕量整體呈現(xiàn)左高右低的現(xiàn)象。這主要與設(shè)備的設(shè)計(jì)相關(guān)，在拉伸安定過(guò)程中，熱油機(jī)和冰水機(jī)為串聯(lián)設(shè)置，油或水從右端進(jìn)入再?gòu)淖蠖肆鞒?，受膠輥長(zhǎng)度影響，在拉伸或流延過(guò)程中，流入端的油溫或水溫要比流出端的溫度低，因溫差的影響造成膜坯流動(dòng)速率差異，進(jìn)而造成透氣膜透濕量一端高一端低的現(xiàn)象。因此，要改進(jìn)這種現(xiàn)象，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使油溫或水溫均衡流動(dòng)，以減少因溫度的影響而造成的薄膜透濕量差異化。

2.2.3原料配比的影響

由于碳酸鈣是致孔的關(guān)鍵，因此提高碳酸鈣含量可以提高透氣膜透氣性，但是，碳酸鈣含量的增加，導(dǎo)致透氣膜物理性能發(fā)生變化。碳酸鈣含量對(duì)透氣膜性能的影響見(jiàn)表2。

表2 碳酸鈣含量對(duì)透氣膜性能的影響

注：平均透濕量指每24 h的平均透濕量。

從表2可以看出，隨著碳酸鈣含量的增加，透氣膜平均透濕量增加，但拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率變小，透氣膜物理性能變化明顯。由于透氣膜物理性能的變化會(huì)造成暖貼產(chǎn)品質(zhì)量的變化，如暖貼產(chǎn)品強(qiáng)度的變化、生產(chǎn)過(guò)程中爛膜率的增加。因此，從使用角度必須優(yōu)化透氣膜配比，以達(dá)到穩(wěn)定透氣膜質(zhì)量的目的。

3 結(jié)論

原料的波動(dòng)是造成透氣膜透濕量波動(dòng)的關(guān)鍵因素。鈣粉粒徑越粗，粒徑分布寬度越大，透氣膜透氣性越好，但透氣膜透濕量波動(dòng)性增大；鈣粉粒徑越細(xì)，分布寬度越窄，因原料的團(tuán)聚也會(huì)造成透氣膜透濕量的波動(dòng)。因此，穩(wěn)定鈣粉粒徑是穩(wěn)定透氣膜透濕量的基礎(chǔ)。

原料配比、拉伸倍率決定透氣膜透濕量的大小，但是，透氣膜造粒、生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)工藝對(duì)透氣膜透濕量波動(dòng)性有直接影響，因此，要穩(wěn)定透氣膜透濕量，在穩(wěn)定原料配比、拉伸倍率的同時(shí)，必要時(shí)還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。

[1] 汪裕超,楊 陽(yáng),俞 強(qiáng).聚乙烯透氣膜專(zhuān)用料的組成與性能研究[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016,28(1)：12-17.

[2] 謝懷興,周開(kāi)德,容土光,等.成型工藝對(duì)聚烯烴透氣膜性能的影響[J].塑料工業(yè),2008,36(6):23-25,29.

[3] 徐 凱,張師軍.透氣微孔膜制備方法及透氣機(jī)理的研究[J].合成樹(shù)脂及塑料,2009,26(5):63-66.

CauseAnalysisofWaterVaporTransmissionFluctuationofVentilatedMembraneforWarmPaste

LIUHaiyu

(Henan Nuclear Industry Geological Bureau , Henan Hexin Hengda Industrial Co.Ltd , Xinyang 464000 , China)

TQ325.12

A

1003-3467(2017)09-0023-03

2017-05-16

劉海育(1980-)，女，工程師，從事暖貼產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、改進(jìn)工作，電話(huà)：13607607812，E-mail：106778353@qq.com。