壓差對材料的透氣性沒有影響--國家包裝（zhuāng）產品質量監（jiān）督檢驗（yàn）中心（濟南） 王（wáng）興東

壓差法和等壓（yā）法是薄膜透氣性測試通常使用的兩種方（fāng）法。有種觀點認為軟包裝所采用的高分子聚合物其結構狀態會因壓差法中壓力（lì）差的存在而受到影響，進而（ér）會影響透氣性測試（shì）結果，同時也不符合軟包裝材料的實際（jì）應用環境（jìng）。通過實際試驗數（shù）據（jù）以及（jí）測試方法分析證明這種認識是（shì）非常膚淺的，所得出的結論也並不正確。

 

1．壓力差普遍存在於各類透氣性（xìng）測試方法中

 

按照（zhào）壓差法試驗原理（lǐ），在試（shì）樣的兩側會形（xíng）成預先（xiān）設定的測試氣體（tǐ）壓力差，但其氣體壓力差的梯度（dù）方向是確定的，因此我們會（huì）采取措施來消除（chú）壓力差直接作用在（zài）材料上的影響。實際試驗證明，在壓差法低（dī）壓側采用多孔紙來支撐試樣可以很好地消除壓力差對試樣的影響，使得試樣可以保證不（bú）出現變（biàn）形。在壓差法試（shì）驗過程中，試樣在測（cè）試腔中（zhōng）的（de）狀（zhuàng）態如圖1所（suǒ）示（試（shì）樣下側為濾紙）。

圖1. 壓差法試樣狀態

 

盡管我們稱氧傳感器等方法為等壓法，但是這（zhè）不代表（biǎo）在等壓法中試樣兩側的壓力就是（shì）完全一致而不存在壓力差（chà）。實際上，在等壓法中需要通過控製氣體氣流來實現（xiàn）對試樣兩側測試氣體濃度差的控製，不過要使得靜態（tài）的氣體流動起來需要動力源，這個動力源就（jiù）是氣源壓力，因此隻有改變（biàn）壓力才能改變氣流流速。由於標準測試方法中對上下腔的氣流流速要求不同（tóng），基於流量的手動調節以及環境（jìng）溫度、氣（qì）壓等種種因素，在實際應用中隻有（yǒu）小心嚴格操作才能保證試樣兩側的壓力一致，懸浮（fú）放置的試樣才不會變形（試驗過程中的（de）試樣狀態如（rú）圖2所示），否則在試樣兩側也有壓力差的存（cún）在。然而與（yǔ）通常的認識有所不同的是，壓差法考慮到壓力差這一因素，已（yǐ）經在低壓（yā）側添加濾紙（zhǐ）支撐試（shì）樣。可是試樣在等壓法中兩側都無支撐，所以盡管試樣兩側一般僅存在很小的壓（yā）力差，在實際試驗過程中較薄、較軟的試樣出現變形的幾率（lǜ）卻更高（如圖3所（suǒ）示，試樣上凸或者下凹（āo）取（qǔ）決於壓力差（chà）的梯度方向，是否出（chū）現變形可在試驗結束後打開測試腔時觀察到），從而試樣更容易出現拉伸、變薄的情況。

圖2. 等壓法試樣狀態（無壓力差）

圖3. 等（děng）壓（yā）法試樣狀態（有壓力（lì）差）

 

2．壓差法中壓差對材料的透氣性並無影響

 

阻隔性測試的檢測對象是材料的微觀特性，所以要考證聚合（hé）物材料在壓差法中是否（fǒu）因為壓力差的（de）存在而使得材料狀態結構產生變化，並對壓差法測試中壓差的存在與材料透氣性測試數據的關係進行分析和驗證，需要借（jiè）助試樣（yàng）在試驗前後的物理指標進（jìn）行判斷。我們選擇了（le）兩項（xiàng）最相關的測（cè）量指標進行分析：同一試樣多次（cì）測量的試驗結果重複性以（yǐ）及測（cè）試前後試（shì）樣厚度的變化（huà）量。

 

按照一（yī）些人的觀點，由於在試樣兩側存在氣體壓力差會使試樣的微觀結構（gòu）由（yóu）鬆散變的更加緊湊，即是一（yī）種將結構（gòu）鬆散的物質（zhì）壓“實（shí）”的過程，而（ér）且這種（zhǒng）結構的變化效果應該隨著加壓（yā）時間的延長而更加顯著。若這種觀（guān）點成立，則在材（cái）料經受較（jiào）長時間的壓力差（chà）作用之後試樣的厚度會（huì）減小，同時，由於材料的阻隔性能與材料的物質結構有關，因此透氣性數據應該隨著連（lián）續測試次數的（de）增長而呈現出減小的趨勢。

 

在這次的（de）試驗驗證工作中，我們選擇了鋁箔複合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬於高阻隔、中阻隔、低阻隔三個範（fàn）圍內的材料，因（yīn）此通過這組測試數據得出的結論可以適用（yòng）於透氣（qì）性屬於各種範圍（wéi）的材料。測試設備（bèi）選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測厚（hòu）儀。實測數據分別列於表1和表2中。

 

表1. 透氧量實測數據表

注：1. 透氧量的（de）單位是：ml/m²·24h·0.1MPa。

 

表2. 試樣厚度實測數據表

注：1. 厚度測量（liàng）在試樣的有效試驗區域內進行（háng），其他區域受真空酯的汙染，測量意義不（bú）大。

 

在本組試驗中每一個試樣連續進行3次（cì）透氣（qì）性檢測，而（ér）且在同一試樣的相鄰（lín）兩次試驗中間無更換濾紙、打開測試腔等操作。分析表1中數據不難看出3個試樣的連續試驗數據的重複性都很好，3個試樣的透氧量數據都沒有表現出隨測試次數增加而出現減小的趨勢。不過在進行高阻隔試樣的檢測時，無論采用等壓法還是壓差（chà）法，測（cè）試數據的重複性都要（yào）比中低阻隔材料差，此（cǐ）時傳感器的（de）分辨率成為數（shù）據（jù）重複性的主要影響因素。

 

表2中數據顯示試樣的厚度在試驗前後（hòu）也沒有出現變（biàn）化。這樣看來有關壓力（lì）差的存在會影響材料的狀態進而影響（xiǎng）透氣性測試結果的說法是不成立的。

 

3．總結

 

壓差法中（zhōng）試樣兩側存（cún）在壓力差對材料的結構以及阻隔性試驗數據是沒（méi）有影響的，同時也告誡我（wǒ）們隻有以實際測試為基（jī）礎才能（néng）獲（huò）得真實可靠的結論。此外有些人認為壓差法測試環境與包裝材（cái）料的實際（jì）應用相差太大，在實際包裝應用中材料兩側沒有壓差，其實這也是錯誤的認識，食品、藥品（pǐn）包裝常用的真空包裝、充氣（qì）包裝（zhuāng）在包裝內外（wài）都是存（cún）在氣體壓力差的，可見（jiàn）作為技（jì）術理論十分成熟的壓差（chà）法透氣性測試在（zài）全球有著最為廣泛的應用是有其深刻道理的。