德國 POROMETER / 2022年九月份電子報 – 關於不織布的孔徑分析

前言

不織布 (nonwoven)是指經由非織造或編織（ASTM D1117-80）的過程製成的纖維的產品。不織布材料中的纖維以化學,機械,熱處理或溶劑處理粘合在一起。不織布用於多種應用，例如過濾,汽車,建築,航空,食品及醫療領域等。2013年，美國不織布市場規模約為54億美元，2017年估計將近75億美元。對於每種技術性材料，其結構和性能深入分析可更好地理解和改善特定應用的性能將至關重要。

分析方法

氣液置換法（Gas Liquid Porometry -GLP）就是這樣一種廣泛用於不織布的常見儀器。這種方法可以快速、簡單地測量孔徑和通孔的孔徑分佈。該技術以於惰性無毒潤濕液體的置換，該惰性液體自發滲入材料的多孔結構中。經由施加惰性加壓氣體（例如氮氣）將液體除去。其依循壓力和孔徑之間的反比關係，材料中最大孔的潤濕液首先排空，並且隨著施加壓力的增加，越來越小的孔內的潤濕液才被排空，直到材料“乾燥”為止（即，液體從最小的孔中排出）。以下，我們將針對GLP原理儀器-POROLUX 100對不織布樣品進行一連串的分析。

儀器特點

“氣液置換法”（以下簡稱“ GLP”）是使用POROMETER nv的POROLUX 100孔徑分析儀對熔噴和紡絲粘結材料進行分析的（圖1）。POROLUXTM 100是專門針對不織布特性而設計的，所以它考慮了常見不織布的特徵壓力和流量範圍，以“壓力掃描Pressure scan”方法，持續增加其分析壓力、提高流速並同時記錄。對於需要簡單性、分析速度和可重複性的用戶要求，此種“掃描”方法將是首選，這使得POROLUX™100成為品質控制的理想選擇。

POROLUX™100的最大工作壓力為1.5 bar（22psi），可以測量0.427微米至500微米之間的孔徑。第一起泡點（以下稱為“ FBP”）或最大孔徑的分析亦符合標準ASTM F 316-03中所述的測試方法。POROLUX^TM 100的設計有標準和手動兩種方法。因此，它具有操作者可選擇的設定，可相容傳統上用於FBP計算的不同標準。選項包括在對應於30、50、100 ml / min流速的壓力下計算FBP，或以此設備檢測到第一可分析流速的壓力。這種靈活性使操作者可以找到最適合用於特定材料或與其他相關方法的設定。

對於多孔性材料（不織布）的起泡點分析，建議選擇“高於特定流量值”的“第一流量”或“ FBP”，因為在某個特定流量值（例如30 ml/min）下計算FPP並不總是那麼容易。在每次測量中，在0到100 mbar的壓力範圍內總共取30個數據點。測量每個樣品三重複。表1給出了樣品“ A”（紡粘型材料）和“ B”（熔噴型材料）的FBP，平均孔徑（MFP）和最小孔徑（SP）。

數據討論

樣品“ A”的濕、乾和半乾曲線如圖2所示。乾曲線的圓弧形狀（虛線）是不織布材料的常見特徵。從下面很容易看出，“濕”流量曲線中的小偏差會導致半乾曲線（MFP值）的交點有較大差異。孔徑（對應於一定和更大孔徑的總流量的百分比）和微分過濾器流量（每單位孔徑的流量增加，孔徑增加，通常定義為孔徑分佈）。樣品B的結果如圖3所示。

圖2.樣品A之乾濕曲線圖

圖3.樣品B之累積與微分流量曲線圖

結論

整體來說，GLP已被證明是分析不織布樣品非常有用的分析儀器。其快速、數據再現性高，更適合用於品管領域檢測的例行性用途。

資料來源：POROMETER

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