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PTFE微孔薄膜的防水原理?

作者: 发布于:2018-7-10 9:10:53 点击量:

聚四氟乙烯薄膜微孔形成的毛细管中,弯月形曲面的液气界面张力将附加到毛细管液柱上,根据拉普斯斯方程,附加压力P为:P=YLG(1/p1+1/p2)式中:YLG液体与气体界面的表面能或液气界面张力,通常称为表面张力,200C水为0.0725N/M;P1、P2弯曲面两个轴向的曲率半经。

  对于圆柱形毛细管孔洞,p=P1=P2则有:P=2yLG/P由于:p=r/cos式中:r-毛细管当量半经;θ-毛细管内壁与液体的前进接触角,PTFE其值为1180。P向外为正,故有:P=2yLGcos/r。从上式可以发现,影响聚四氟乙烯微孔薄膜耐水压的主要因素是微孔孔经r和接触角。当900﹤﹤1800时,越大,耐水压越高。聚四氟乙烯微孔薄膜微孔内壁与水的前进接触角为1180,后退接触角为910,接触角为1040是各种材料中最大的;r越小,耐水压越高。聚四氟乙烯微孔薄膜的微孔半经非常小,只有零点几微米。故耐水压很高,而且其孔经小于最小雨滴无法直接透过。

  此外聚四氟乙烯微孔薄膜表面能很低,水在聚四氟乙烯微孔薄膜表面的接触角在1200左右,故其润湿性极差;聚四氟乙烯薄膜本身具有一定机械强度,受到压力时微孔不易被挤破,这些都有利于耐水压提高。

  理论上耐水压与薄膜厚度无关,而实际上,薄膜厚度越薄,机械强度越低,可以引起防水性下降。计算结果也说明毛细管处在垂直位置时,薄膜表面积水的高度(与聚四氟乙烯微孔膜厚度同一数量级)引起的重力的影响可以忽略。

  由此得到的是将聚四氟乙烯薄膜中的微孔简化为圆柱形毛细管模型公式。公式表明在毛细管内壁与液体的前进接触角大于900时,进入毛细管内的水受到液气界面张力形成向外的附加压力。故要使水通过微孔就需要比这种因表面张力所产生的阻力还要大的力。r=1um时,计算得到P约为72.5kPa,即最少需要7.2m水柱的外加压力能使水通过毛细管微孔;也就是说,对于孔经1um的聚四氟乙烯微孔薄膜,理论上其耐不压值为72.5kPa。考虑到聚四氟乙烯微孔薄膜中的微孔实际上不上一条直的通道,而是通道在膜内结成网状结构,因此实际测试值应该大于理论模型计算值。




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