PTFE微孔薄膜透湿原理详细介绍

PTFE微孔薄膜透湿原理详细介绍

空气、水蒸气在织物中的传递可视为多孔固体介质中的分子扩散过程。根据传质理论，固体中的分子扩散可分为两种类型，一种是与固体内部的结构基无关的扩散，另一种是与固体内结构有关的多孔介质内的扩散。织物吸湿通过纤维自身进行传递水分的过程可以视为前一种扩散，而不分通过聚四氟乙烯微孔薄膜内孔隙通道的扩散则是后一种扩散。这种扩散主要与多孔介质的孔经形状、大小以有气体分子运动的平均自由程（用h表示）有关。

根据多孔介质毛细孔道的直经大小，可将多孔介质内的扩散机理表示成如图所示的三种类型。

1. 分子扩散 当多孔介质的孔道平均直经d＞100h时，如图3—8（a）所示，孔道的直经较大，气体或液体分子通过孔道时，碰撞主要发生在流体分子之间，而流体分子与孔壁碰撞的机会较少，此类扩散遵循费克（Fick）扩散定律，故又称为费克型扩散。

2．努森扩散 当固体介质内孔隙平均直经d与分子平均自由程之间的关系为h＞10d时，如图3—8（b）所示，孔道直经较小，分子与孔壁碰撞的机会多于分子之间的碰撞机会，流体通过孔道扩散时碰撞主要了生在流体分子与孔壁之间，而流体分子之间的碰撞退居次要地位，此类扩散不再遵循费克定律，称为努森（Knudsen）扩散。

3．过渡扩散 若分子平均自由程h与孔道的平均直经d相差不多，如图3—8（c）所示，这类扩散称为过渡扩散。在这种条件下，分子与分子间碰撞和分子与孔壁碰撞都很重要。

三种同类型的扩散机理不同，其扩散传质特点和计算方法也不相同。由此可知，聚四氟乙烯微孔薄膜的孔隙结构参数对薄膜的透湿性能有本质上的影响。

由于聚四氟乙烯微孔薄膜中，微孔平均孔经比水分子直经大许多倍，因比水蒸气分子在膜中的扩散属气体在多孔材料中扩散机制中的分子扩散。此时水蒸气分子与孔壁的碰撞影响可以忽略不计，因而为水蒸气通过提供了必要条件。根据哈根一泊肃（Hagen—Poiseuille）方程，可以求出理论透湿量（Kg/m2.s）:

Q=Л/ 8.Nr4/kb（MPO/gRT）P

式中：N 单位平面的孔数

R 孔的平均半经

B 薄膜厚度

p 聚四氟乙烯薄膜两侧压差

g 粘带系数

k 通道的曲折系数

R 气体常数（8.3144J/K.mol）;

T 温度，K；

M 水的摩尔质量0.0180kg/mol;

p0 水蒸气平均压强。

MPO/RT实际上就是平均水蒸气浓度kg/m3).将上式写成：Q=C(Nr4/kb) P

式中C是常数。

从上式可以发现，影响理论透湿量的薄膜材料本身的主要因素是微孔孔经、单位面积的孔数、薄膜厚度和通道的曲折系数。在稳定扩散状态下，水分通过这些孔道扩散的理论透湿量与通道的厚度成反比，与薄膜两侧压差成正比，同时如果孔隙通道的弯曲越多，相应的扩散体分子与孔壁碰撞的机会也越多，薄膜的传湿阻力也越大，理论透湿量越小，微孔孔经越大，水分扩散的自由载面积也越大，传湿阻力相应会小些。理论透湿量越大。单位面积孔数越多，理论透湿量也越大。另一方面，薄膜内孔隙孔经开口的大小直接影响水分进入孔道的阻力，开口越大，水分进入孔道的阻力越小，反之水分子进入孔道之前的扩散轨迹收缩产生的扩散阻力也越大，在水分离开织物的一面，孔经越大，水分扩散的自由截面积也越大，传湿阻力相应会小些，理论透湿量会大些。

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