暖貼用透氣膜透濕量波動原因分析

(河南省核工業地質局 ， 河南核信恒達實業有限公司 ， 河南 信陽 464000)

暖貼用透氣膜透濕量波動原因分析

劉海育

(河南省核工業地質局 ， 河南核信恒達實業有限公司 ， 河南 信陽 464000)

透氣膜是暖貼的關鍵原材料之一，透氣膜的穩定性直接關系著暖貼產品質量的穩定性，從透氣膜生產過程入手，分析原料、造粒、流延拉伸過程對透氣膜透濕量波動的影響，為穩定透氣膜透濕量，改進暖貼產品質量提供了依據。

透氣膜 ; 透濕量 ; 波動

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，是一種具有無數微孔的塑料薄膜，可與針織物、機織物、非織造材料等進行黏合壓層，用于制造衛生防護用品以及透氣性防雨布等制品，在醫療衛生、個人護理、建筑、農副產品包裝等領域有廣泛應用。在暖貼中，主要與打孔淋膜布配合使用或者與非織造布進行復合使用，用于控制暖貼發熱物料的發熱量和發熱時間。其主要原理是利用透氣膜的微孔，來控制暖貼混合料的發熱，當薄膜透濕量大時，暖貼混合料發熱快、溫度高，發熱時間短，當薄膜透濕量小時，暖貼混合料發熱慢、溫度低、持續時間長，通過控制透氣膜的孔隙，達到控制暖貼發熱溫度和持續時間的目的。實際生產過程中，往往會因透濕量的波動導致暖貼溫度和持續時間的波動。因此，穩定透氣膜透濕量是穩定暖貼產品質量的關鍵。本文從透氣膜生產過程入手，分析了影響透氣膜透濕量波動的幾個關鍵因素。

1 試驗部分

1.1試驗原料

低密度聚乙烯(LDPE)：熔體流動速率(MFR)=4.0 g/10 min，廈門榮錦公司；茂金屬聚乙烯(MPE)：熔體流動速率(MFR)=3.5 g/10 min，廈門建發公司；碳酸鈣—英格瓷(蕪湖)有限公司；改性聚對苯二酰對苯二胺(PPA)：熔體流動速率(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主要儀器設備

造粒機，STOWJ-75，東方機械有限公司；透氣膜流延生產機組，FMC130-1600，東方機械有限公司； 熔體流動速率測試儀，XNR-400 W，承德市大加儀器有限公司； 可程式恒溫恒濕試驗機，AP8224，東莞安普儀器有限公司；粒徑測試儀，Mastersize2000EVer.5.20,Malvern Instruments Ltd.Malvern,UK；拉力機，STR-A，廣西西唐機電科技有限公司。

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混合造粒，制得透氣膜母料。將制得的母料在透氣膜流延機上進行流延拉伸，其中，透氣膜質量45 g，幅寬1 200 mm，拉伸倍率橫向1 330‰、縱向1330‰。

1.4透氣膜檢驗結果

透氣膜透濕量檢測結果如圖1所示。

圖1 透氣膜透濕量檢測結果

從圖1可以看出，橫向為不同透氣膜樣品橫向透濕量檢測結果，依據透氣膜樣品幅寬，每100 min抽樣一次，共抽樣11個。暖貼用透氣膜在橫向、縱向都有明顯的波動。其橫向最大波動為360，縱向最大波動為369。透氣膜透濕量的波動，也造成了暖貼產品質量的波動。

2 結果與討論

2.1原料的影響

暖貼透氣膜的主要原料為碳酸鈣、聚乙烯。其工藝過程是先將以碳酸鈣為主的無機填料填充聚乙烯，制得透氣膜專用料；然后將專用料經過流延方式制成薄膜；最后通過對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生分離并在填料顆粒之間發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%，是致孔的關鍵。由于透氣膜透氣孔與碳酸鈣的粒徑分布有關，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造成孔徑的波動，進而造成透氣膜透濕量的波動。同一批次碳酸鈣粒徑檢測結果見表1。

表1 碳酸鈣粒徑分布表

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

2.2生產工藝的影響

2.2.1造粒的影響

造粒過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，透氣膜透濕量波動性越小。其生產工藝是將碳酸鈣、茂金屬聚乙烯、中密度聚乙烯等原料混合均勻，在熔融狀態下擠出成線狀，經冷卻水冷卻分切成型。

造粒過程中，由于混合料中有塑料粒子，有無機礦物質，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，在冷卻過程中，冷卻水溫的變化，粒子內各物質在應力的作用下發生變動，也會導致其分布發生變化。因此，在造粒過程中，造粒設備的技術參數控制是關鍵外，冷卻水溫的控制也是關鍵。由于冷卻水槽為敞開式，環境的變化導致粒子內各物質的相對運動發生變化，造成透氣粒子熔體流速的波動，進而造成透氣膜透濕量的波動。透氣粒子熔體流速波動見圖2。

圖2 透氣粒子熔體流速波動圖

2.2.2流延工藝的影響

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

擠出流延過程是將制作好的透氣膜母粒干燥后，高溫熔融，熔融物質通過雙螺桿擠出機經模頭流出。流延過程中，原料從螺桿進入后，熔融后大部分物料要經過濾網設備。部分物料在濾網處集聚時間過長，導致塑料原料炭化，出現破洞和沙眼，進而造成透氣膜透濕量的波動。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濾前、濾中壓力及主機電流變化，觀察模頭物料擠出狀況，判斷是否含有雜質或過度阻塞。如有雜質需延長排料時間，如有阻塞需左右均衡清理模唇。

膜經過流延以后進入拉伸部分，經過拉伸產生微孔，經過預熱、拉伸、定型7組油溫控制輥。在拉伸安定過程中，拉伸倍率是影響透濕量變化的關鍵。

圖3 不同拉伸倍率透濕量變化曲線圖

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上升趨勢。這是由于拉伸倍率的增加，分子鏈從碳酸鈣周圍剝離，形成更大的孔隙率，薄膜的強度降低，透氣量增大[2-3]。可見拉伸倍率是決定透氣膜透濕量的關鍵。暖貼生產中，由于產品特性的不同，需要使用不同透濕量的透氣膜，因此，生產過程中，只有掌握拉伸比與薄膜透濕量的關系，才能根據需求制作不同類型的透氣膜。

雖然拉伸倍率是影響透氣膜的關鍵因素，但在圖1中可以看出，透氣膜透濕量整體呈現左高右低的現象。這主要與設備的設計相關，在拉伸安定過程中，熱油機和冰水機為串聯設置，油或水從右端進入再從左端流出，受膠輥長度影響，在拉伸或流延過程中，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速率差異，進而造成透氣膜透濕量一端高一端低的現象。因此，要改進這種現象，必須對設備進行改進，使油溫或水溫均衡流動，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，導致透氣膜物理性能發生變化。碳酸鈣含量對透氣膜性能的影響見表2。

表2 碳酸鈣含量對透氣膜性能的影響

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，但拉伸強度和斷裂伸長率變小，透氣膜物理性能變化明顯。由于透氣膜物理性能的變化會造成暖貼產品質量的變化，如暖貼產品強度的變化、生產過程中爛膜率的增加。因此，從使用角度必須優化透氣膜配比，以達到穩定透氣膜質量的目的。

3 結論

原料的波動是造成透氣膜透濕量波動的關鍵因素。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性增大；鈣粉粒徑越細，分布寬度越窄，因原料的團聚也會造成透氣膜透濕量的波動。因此，穩定鈣粉粒徑是穩定透氣膜透濕量的基礎。

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、生產設備的設計工藝對透氣膜透濕量波動性有直接影響，因此，要穩定透氣膜透濕量，在穩定原料配比、拉伸倍率的同時，必要時還要對設備進行改進。

[1] 汪裕超,楊 陽,俞 強.聚乙烯透氣膜專用料的組成與性能研究[J].常州大學學報：自然科學版，2016,28(1)：12-17.

[2] 謝懷興,周開德,容土光,等.成型工藝對聚烯烴透氣膜性能的影響[J].塑料工業,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理的研究[J].合成樹脂及塑料,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，從事暖貼產品開發、改進工作，電話：13607607812，E-mail：106778353@qq.com。