PTFE膜热湿传递机制和防护性能

PTFE膜热湿传递机制和防护性能PTFE膜热湿传递机制和防护性能在户外运动运动过程中，人体常常产生大量出汗以获得产热和散热平衡，如果汗液或湿气不及时的向外环境传递，大量积聚在服装与皮肤间的微气候中，人体就会感到不舒适，由此可知织物的热湿传递性能对服装舒适性的影响不容忽视。织物的热湿性能对于户外运动服而言尤为重要，更是直接影响户外运动服装的热湿舒适性，因此有必要研究PTFE膜的热湿传递机制。2.1PTFE膜的气体透过机制气体透过薄膜时的传递扩散方式和透过机理随薄膜结构的不同而各异：气体通过非多孔膜时为溶解一扩散机理，通过多孔膜时为微孔扩散机理。　　PTFE膜结构明显、孔道互相贯穿（见第三章3-1），为多微孔膜，因此气体透过机理为努森扩散、粘性流动、面扩散流、分子筛分原理和毛细管凝聚机理等。2.1.1努森扩散努森扩散，又称也称KNUDSEN扩散、自由分子流，是指当薄膜孔径很小或气体压力很低时，如果D/>>L，孔内分子流动受分子与孔壁之间的碰撞作用支配。如2-1的KNUDSEN扩散所示。单位面积的气体透过速率KQ、和透过系数KK用式（2-1）示:LRTPPMRTRQK1221234（2-1）其中RTMLRPPQKKK32412（2-2）根据公式（2-1）、（2-2）可知，气体分子的透过系数与分子量的平方根成反比。　　当膜与压差一定时，分子量这个唯一参数决定了膜的透过速率，因此在分子量相差较大的情况下，气体的透过性能会有明显的透过速率差。第二章PTFE膜热湿传递机制和防护性能第10页2-1POISEUILLE流动和KNUDSEN扩散示意FIG.2-1POISEUILLEFLOWANDKNUDSENDIFFUSION2.1.2粘性流动粘性流动，也称POISEUILLE流动、分子扩散。若D1/，孔内分子流动受分子之间碰撞作用支配，则透过性能受粘性流动控制，此时努森扩散对气体透过量的贡献可以忽略，见2-1中POISEUILLE流动。由HARGEN-POIESUILLE方程可得单位面积的气体透过速率PQ和透过系数PK:LRTPPPPRQP1612122（2-3）12PPQKPP（2-4）由公式（2-3）、（2-4）可知，气体的粘度差异对气体分子的透过性能有一定影响。　　包括：CHUNG、LUCAS、REICHENBERG等，对气体粘度进行估算的较为准确。除了温度、分子量、气体分子MOL体积等参数对气体粘度有影响外，在CHUNG、LUCAS、REICHENBERG这三种计算方法中，气体分子量的21次方也与气体粘度呈正相关。然而，在PTFE膜的加工过程中，只能使膜的孔径在一个范围内分布，并不能使其全部相同。若D1/，则努森扩散与粘性流动同时存在，那么气体透过PTFE膜的流量是就是由努森扩散和粘性流动共同作用的结果，且二者的通过量占总气体透过量的比例也会随着孔径分布范围的变化而变化，均不可以忽略不计。　　此时，同一气体的单位面积总透过速率Q、透过系数K分别可示为:第二章PTFE膜热湿传递机制和防护性能第11页PKQQQPKKKK（2-5）2.1.3面扩散流当面流存在时，努森扩散和面扩散流共同作用决定了气体流过膜孔流量。假使气体分子与介质面相互作用，气体分子吸附在孔壁上，若存在压力梯度，分子在面的占据率不同，产生沿面的浓度梯度和向浓度递减方向的扩散，从而产生面扩散流。面扩散机理比较复杂。在低浓度梯度面，费克定律（式2-6）可用来征纯气体的面流量:DLDCDQSSSS)1(（2-6）由此可得面通量SF为：DPDQLDUPFFSSSSS)1(（2-7）考虑孔径对面流的作用时:SAVOVSXNAS)1(Q（2-8）其中PVDS4（2-9）由式（2-6）和（2-7）可得:DPDXNALDDUPFFSAVOPSSSS4（2-10）根据式（2-10），若孔径减小，则面积变大，面扩散通量增大，对于同一气体，当努森扩散、层流和面扩散同时发生时，其总通量TF为:DPDXRDCPRCMRCKFSSST3_2215.02（2-11）2.1.4分子筛分原理PTFE膜孔直径介于不同气体分子直径之间，可使直径小于膜孔的分子通过并截DOBWWUBLP