透氣性測試方法及設(shè)備

包裝材料阻隔性能的優(yōu)劣是決定其使用領(lǐng)域及內(nèi)容物質(zhì)量的主要因素之一。滲透通過包裝材料的氧氣、二氧化碳等氣體會顯著影響產(chǎn)品的品質(zhì)，因此在進行產(chǎn)品的包裝設(shè)計時需要結(jié)合產(chǎn)品預(yù)計的保質(zhì)期選擇阻隔性能適當(dāng)?shù)牟牧?。透氣性檢測設(shè)備是近幾年包裝材料制造商以及使用商主要選購的高端檢測設(shè)備之一。

1、透氣性測試的發(fā)展 透氣性測試，也稱作氣體阻隔性測試或是氣體透過性測試，主要是考察薄膜、薄片對常見無機氣體的阻隔性能，是材料主要的阻隔性能指標(biāo)之一。通常檢測的是材料的透氧性，由于氣調(diào)包裝的廣泛使用也需對包裝材料的二氧化碳、氮氣透過性能進行檢測。 透氣性測試方法可分為壓差法（Differential-pressure method）與等壓法（Equal-pressure method）。廣泛使用的是壓差法，可分為真空壓差法和正壓差法（體積法）。隨著微量氧探測技術(shù)的發(fā)展，微量氧傳感器逐 步應(yīng)用在材料的透氧性測試領(lǐng)域中，即透氣性測試中的傳感器法，利用不同的氣體傳感器可以檢測不同氣體對材料的滲透性能，目前對氧氣和二氧化碳的傳感器法檢測工藝已經(jīng)成熟。另外還可以利用氣象色譜法檢測材料的透氣性。傳感器法和氣象色譜法都可以歸為透氣性測試的等壓法。 2、壓差法

圖 1. 真空法測試原理圖

真空法是壓差法中最具代表性的一種測試方法。它的測試原理（見圖 1）是利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的空間，先將試樣兩側(cè)都抽成真空，然后向其中一側(cè)（A 高壓側(cè)）充入 0.1MPa（絕壓）的測試氣體，而另一側(cè)（B 低壓側(cè)）則保持真空狀態(tài)，試樣兩側(cè)形成 0.1MPa 的測試氣體壓差。測試氣體滲透通過薄膜進入低壓側(cè)并引起低壓側(cè)壓力的變化，用高精度真空規(guī)測量低壓側(cè)壓力的變化量就可以利用公式計算得到測試氣體的氣體透過量（GTR）。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 2556、ISO 15105-1、ASTM D 1434（M法）、GB 1038、JIS K 7126（A法）等。ISO 15105-1 提供的氣體透過量（GTR）計算公式如下：

式中： V C ——低壓側(cè)的體積； T ——試驗溫度（熱力學(xué)溫度）； pu ——高壓側(cè)的氣體壓強； A ——有效滲透面積； dp/dt ——當(dāng)滲透狀態(tài)穩(wěn)定后，在低壓側(cè)單位時間內(nèi)壓強的變化量； R ——氣體常數(shù)。 真空法是采用負(fù)壓差方法來實現(xiàn)試樣兩側(cè) 0.1MPa 的壓差，當(dāng)然也可以通過正壓差的方法來實現(xiàn)，最常用的正壓差法是體積法。由于體積法無需對滲透腔抽真空，也不用進行真空度的保持，所以降低了設(shè)備制造及試驗的難度。相關(guān)的測試標(biāo)準(zhǔn)有 ASTM D 1434（V 法）等。 壓差法對測試氣體的通用性非常好。由于膜技術(shù)理論的支持，真空法在透氣性測試中一直作為基礎(chǔ)方法使用，科研檢測機構(gòu)多采用這種方法。隨著真空規(guī)檢測技術(shù)的進步、以及高真空技術(shù)在設(shè)備設(shè)計上的應(yīng)用，大大提高了設(shè)備的檢測精度以及測試數(shù) 據(jù)的重復(fù)性。它的突出優(yōu)點是能夠通過一次測試得出材料的滲透系數(shù)、擴散系數(shù)、溶解度系數(shù)3項阻隔性指標(biāo)。 在選購真空壓差法透氣性測試設(shè)備時，需要注意以下參數(shù)指標(biāo)：測試腔能達到的真空度、真空規(guī)的精度及量程、“空白試驗”數(shù)據(jù)及測試數(shù)據(jù)重復(fù)性，以及設(shè)備是否具備自控溫功能。測試腔真空度不但體現(xiàn)了所采用真空泵的抽真空能力，還體現(xiàn)了測試腔體以及相關(guān)管路的密封性能，如果機械結(jié)構(gòu)中存在泄漏點，則試驗結(jié)果將會受到嚴(yán)重的干擾，無法體現(xiàn)材料的真實阻隔性。如果只有某一次試驗達不到要求的真空度，極有可能是由于試樣裝夾密封不當(dāng)所引起的。標(biāo)準(zhǔn)要求真空規(guī)的精度應(yīng)不低于6Pa，目前比較優(yōu)秀的真空規(guī)的分辨率是其滿量程的0.1％，由于測試元件的分辨率都要優(yōu)于它的測試精度，因此真空規(guī)的量程一般要小于6kPa?！翱瞻自囼灐睌?shù)據(jù)以及測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性是衡量設(shè)備經(jīng)受各種因素影響的綜合指標(biāo)，試驗環(huán)境的溫濕度控制情況對測試結(jié)果也有影響，尤其是溫度對阻隔性測試的影響最為顯著，可以參閱2005年1月17日及2月21日蘭光實驗室論壇文章。選購正壓差法設(shè)備時，由于這種方法無須抽真空，因而只需要關(guān)注壓力傳感器的精度和量程、“空白試驗”數(shù)據(jù)以及測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性等指標(biāo)就可以了。

關(guān)鍵詞： 透氣性測試 包裝材料 阻隔性能