暖贴用透气膜透湿量波动原因分析

(河南省核工业地质局 ， 河南核信恒达实业有限公司 ， 河南 信阳 464000)

暖贴用透气膜透湿量波动原因分析

刘海育

(河南省核工业地质局 ， 河南核信恒达实业有限公司 ， 河南 信阳 464000)

透气膜是暖贴的关键原材料之一，透气膜的稳定性直接关系着暖贴产品质量的稳定性，从透气膜生产过程入手，分析原料、造粒、流延拉伸过程对透气膜透湿量波动的影响，为稳定透气膜透湿量，改进暖贴产品质量提供了依据。

透气膜 ; 透湿量 ; 波动

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

暖贴用透气膜也叫防水透气膜、聚乙烯微孔透气膜，是一种具有无数微孔的塑料薄膜，可与针织物、机织物、非织造材料等进行黏合压层，用于制造卫生防护用品以及透气性防雨布等制品，在医疗卫生、个人护理、建筑、农副产品包装等领域有广泛应用。在暖贴中，主要与打孔淋膜布配合使用或者与非织造布进行复合使用，用于控制暖贴发热物料的发热量和发热时间。其主要原理是利用透气膜的微孔，来控制暖贴混合料的发热，当薄膜透湿量大时，暖贴混合料发热快、温度高，发热时间短，当薄膜透湿量小时，暖贴混合料发热慢、温度低、持续时间长，通过控制透气膜的孔隙，达到控制暖贴发热温度和持续时间的目的。实际生产过程中，往往会因透湿量的波动导致暖贴温度和持续时间的波动。因此，稳定透气膜透湿量是稳定暖贴产品质量的关键。本文从透气膜生产过程入手，分析了影响透气膜透湿量波动的几个关键因素。

1 试验部分

1.1试验原料

低密度聚乙烯(LDPE)：熔体流动速率(MFR)=4.0 g/10 min，厦门荣锦公司；茂金属聚乙烯(MPE)：熔体流动速率(MFR)=3.5 g/10 min，厦门建发公司；碳酸钙—英格瓷(芜湖)有限公司；改性聚对苯二酰对苯二胺(PPA)：熔体流动速率(MFR)=2.4 g/10 min，上海尚瑞格塑料有限公司，其他助剂为市售。

1.2主要仪器设备

造粒机，STOWJ-75，东方机械有限公司；透气膜流延生产机组，FMC130-1600，东方机械有限公司； 熔体流动速率测试仪，XNR-400 W，承德市大加仪器有限公司； 可程式恒温恒湿试验机，AP8224，东莞安普仪器有限公司；粒径测试仪，Mastersize2000EVer.5.20,Malvern Instruments Ltd.Malvern,UK；拉力机，STR-A，广西西唐机电科技有限公司。

1.3透气膜的制备

将碳酸钙、低密度聚乙烯、茂金属聚乙烯及其它小料按一定比例在造粒机混合造粒，制得透气膜母料。将制得的母料在透气膜流延机上进行流延拉伸，其中，透气膜质量45 g，幅宽1 200 mm，拉伸倍率横向1 330‰、纵向1330‰。

1.4透气膜检验结果

透气膜透湿量检测结果如图1所示。

图1 透气膜透湿量检测结果

从图1可以看出，横向为不同透气膜样品横向透湿量检测结果，依据透气膜样品幅宽，每100 min抽样一次，共抽样11个。暖贴用透气膜在横向、纵向都有明显的波动。其横向最大波动为360，纵向最大波动为369。透气膜透湿量的波动，也造成了暖贴产品质量的波动。

2 结果与讨论

2.1原料的影响

暖贴透气膜的主要原料为碳酸钙、聚乙烯。其工艺过程是先将以碳酸钙为主的无机填料填充聚乙烯，制得透气膜专用料；然后将专用料经过流延方式制成薄膜；最后通过对薄膜施加单向或双向拉伸作用，使聚合物基体与填料颗粒表面发生分离并在填料颗粒之间发展出相互连通的微孔道，从而形成微孔透气膜。其中碳酸钙含量>60%，是致孔的关键。由于透气膜透气孔与碳酸钙的粒径分布有关，平均粒径最大而分布较宽的碳酸钙制备的透气膜透气性较好[1]。因此，透气性增加意味着孔隙或孔径的增加。碳酸钙粒径分布的波动造成孔径的波动，进而造成透气膜透湿量的波动。同一批次碳酸钙粒径检测结果见表1。

表1 碳酸钙粒径分布表

由表1可知，d(0.5)反应平均粒径，d(0.97)和d(0.1)的差值反应的是粒径分布宽度，平均粒径和粒径分布宽度均有一定的波动，这是造成透气膜透湿量波动的主要原因。

2.2生产工艺的影响

2.2.1造粒的影响

造粒过程就是将碳酸钙分散到熔融的塑料中，碳酸钙分散得越均匀，透气膜透湿量波动性越小。其生产工艺是将碳酸钙、茂金属聚乙烯、中密度聚乙烯等原料混合均匀，在熔融状态下挤出成线状，经冷却水冷却分切成型。

造粒过程中，由于混合料中有塑料粒子，有无机矿物质，不同塑料粒子的溶体流速不同，完全混合均匀难度较大。其次，在冷却过程中，冷却水温的变化，粒子内各物质在应力的作用下发生变动，也会导致其分布发生变化。因此，在造粒过程中，造粒设备的技术参数控制是关键外，冷却水温的控制也是关键。由于冷却水槽为敞开式，环境的变化导致粒子内各物质的相对运动发生变化，造成透气粒子熔体流速的波动，进而造成透气膜透湿量的波动。透气粒子熔体流速波动见图2。

图2 透气粒子熔体流速波动图

2.2.2流延工艺的影响

流延工艺即将透气粒子经干燥—挤出流延—拉伸安定过程制成透气膜成品。流延拉伸是透气膜成型的关键，因此也是造成透气膜透湿量波动的关键因素。

挤出流延过程是将制作好的透气膜母粒干燥后，高温熔融，熔融物质通过双螺杆挤出机经模头流出。流延过程中，原料从螺杆进入后，熔融后大部分物料要经过滤网设备。部分物料在滤网处集聚时间过长，导致塑料原料炭化，出现破洞和沙眼，进而造成透气膜透湿量的波动。因此，高温和物料流通不畅是造成炭化的主要原因。要减少沙眼和破洞，必须密切注意挤出机滤前、滤中压力及主机电流变化，观察模头物料挤出状况，判断是否含有杂质或过度阻塞。如有杂质需延长排料时间，如有阻塞需左右均衡清理模唇。

膜经过流延以后进入拉伸部分，经过拉伸产生微孔，经过预热、拉伸、定型7组油温控制辊。在拉伸安定过程中，拉伸倍率是影响透湿量变化的关键。

图3 不同拉伸倍率透湿量变化曲线图

由图3可以看出，随着拉伸倍率的增大，透气膜透湿量总体呈现上升趋势。这是由于拉伸倍率的增加，分子链从碳酸钙周围剥离，形成更大的孔隙率，薄膜的强度降低，透气量增大[2-3]。可见拉伸倍率是决定透气膜透湿量的关键。暖贴生产中，由于产品特性的不同，需要使用不同透湿量的透气膜，因此，生产过程中，只有掌握拉伸比与薄膜透湿量的关系，才能根据需求制作不同类型的透气膜。

虽然拉伸倍率是影响透气膜的关键因素，但在图1中可以看出，透气膜透湿量整体呈现左高右低的现象。这主要与设备的设计相关，在拉伸安定过程中，热油机和冰水机为串联设置，油或水从右端进入再从左端流出，受胶辊长度影响，在拉伸或流延过程中，流入端的油温或水温要比流出端的温度低，因温差的影响造成膜坯流动速率差异，进而造成透气膜透湿量一端高一端低的现象。因此，要改进这种现象，必须对设备进行改进，使油温或水温均衡流动，以减少因温度的影响而造成的薄膜透湿量差异化。

2.2.3原料配比的影响

由于碳酸钙是致孔的关键，因此提高碳酸钙含量可以提高透气膜透气性，但是，碳酸钙含量的增加，导致透气膜物理性能发生变化。碳酸钙含量对透气膜性能的影响见表2。

表2 碳酸钙含量对透气膜性能的影响

注：平均透湿量指每24 h的平均透湿量。

从表2可以看出，随着碳酸钙含量的增加，透气膜平均透湿量增加，但拉伸强度和断裂伸长率变小，透气膜物理性能变化明显。由于透气膜物理性能的变化会造成暖贴产品质量的变化，如暖贴产品强度的变化、生产过程中烂膜率的增加。因此，从使用角度必须优化透气膜配比，以达到稳定透气膜质量的目的。

3 结论

原料的波动是造成透气膜透湿量波动的关键因素。钙粉粒径越粗，粒径分布宽度越大，透气膜透气性越好，但透气膜透湿量波动性增大；钙粉粒径越细，分布宽度越窄，因原料的团聚也会造成透气膜透湿量的波动。因此，稳定钙粉粒径是稳定透气膜透湿量的基础。

原料配比、拉伸倍率决定透气膜透湿量的大小，但是，透气膜造粒、生产设备的设计工艺对透气膜透湿量波动性有直接影响，因此，要稳定透气膜透湿量，在稳定原料配比、拉伸倍率的同时，必要时还要对设备进行改进。

[1] 汪裕超,杨 阳,俞 强.聚乙烯透气膜专用料的组成与性能研究[J].常州大学学报：自然科学版，2016,28(1)：12-17.

[2] 谢怀兴,周开德,容土光,等.成型工艺对聚烯烃透气膜性能的影响[J].塑料工业,2008,36(6):23-25,29.

[3] 徐 凯,张师军.透气微孔膜制备方法及透气机理的研究[J].合成树脂及塑料,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

刘海育(1980-)，女，工程师，从事暖贴产品开发、改进工作，电话：13607607812，E-mail：106778353@qq.com。