聚碳酸酯透氧量檢測數據報告——在不同溫度環境下的透氧量

    溫度是實驗室環境條件之一，除非有特別要求，通常都要求（qiú）試（shì）驗環境具有恒定的溫濕度。對於高（gāo）分子（zǐ）聚合物來（lái）講，溫度（dù）的變化能給材料的各項性能都帶來顯著的影響，而且這（zhè）種影響因具體材料性能的差別而有變化，不能統一而論，需要具體情況具體分析。

    MD传媒视频實驗室正在籌建的材料透氣性能數據庫（kù）中，一（yī）項重要內容就是檢測各種材料從深冷到高溫下的（de）各個（gè）溫度點上的透氧量。

1  聚碳酸酯介紹

    聚碳酸酯（PC）是在分子鏈中含有碳酸酯的一類高分（fèn）子化合（hé）物的總稱，也（yě）是一種聚酯。雙酚A型聚碳酸酯是產量最大、用途最廣的一種（zhǒng）聚碳酸酯，也是發展最快的工（gōng）程塑料之一。雙酚A型聚碳酸酯具（jù）有優良的耐衝擊強度、耐蠕變性、耐熱性和耐寒性，可在-100℃～140℃溫度範圍內使（shǐ）用，可見光的透過（guò）率可達90%左右，具有較高的（de）抗張強度、抗彎強度、伸長（zhǎng）率和剛性，耐老化性（xìng）、電性能優（yōu）良，吸水率低，但（dàn）耐油性、耐磨性和加工性能欠佳。聚碳酸酯廣泛應用於汽車、電子電氣、建（jiàn）築機械、辦公自動設備、包裝（zhuāng）業、運動器械、醫（yī）療（liáo）保健和家庭用品等領域。

2  檢測技術

    標（biāo）準中要求材料透氣性的（de）標（biāo）準檢（jiǎn）測環（huán）境是23℃。由於檢測設備（bèi）或者不具備控溫功能，或者其檢測（cè）元件不能在（zài）過（guò）高（gāo）或過低的溫度條件下使（shǐ）用，因此通常的透氣性檢測設（shè）備（bèi）都隻能在室溫附近（jìn）或稍大一點的溫度範圍內（nèi）使用。對於非控溫的檢測設備隻（zhī）能通過（guò）調節試驗室溫度來達到控溫的目（mù）的，既使設備具有控溫功能，所（suǒ）能提供的實際測試溫（wēn）度往往還是局限在0℃～50℃之間。雖（suī）然在其他（tā）特殊溫度下進（jìn）行材（cái）料的透氣性測試有一定的實際檢測需求，但對溫度範圍（wéi）的要求並（bìng）不一致（zhì），有的需要在（zài）-5℃檢測就可以了（例如果蔬保鮮），但是也有的需要在（zài）-30℃或更低（dī）的溫度下進行（háng），而且對（duì）特殊溫度進行控溫並檢測材料的透氣性目前在商業上很難（nán）實現，成本非常高。為了（le）滿（mǎn）足（zú）這些特（tè）殊的檢測需要，並方便研究人員對材料的滲透係數隨溫度的（de）變化有一個整體的了解，Labthink VAC-V1壓差法氣體透過率測定儀在已實現的室溫～50℃控（kòng）溫基礎上，又以這些實（shí）際測試數據為基礎，按照經典膜技術中對於溫度影響的闡述，提供在不同溫度下獲得滲透性能各項參（cān）數的數（shù）據擬合功能。

    曲線擬合（Curve Fitting）是用（yòng）連續曲線近似地（dì）刻畫或比擬平麵上離散點組所表示的坐標之間的函（hán）數關係的一種數據處（chù）理方法，是用解析表達（dá）式逼近離散數據的一種方法。在科學實驗或社會活動（dòng）中，通過實驗或觀測得到量x與y的一組數據對(x_i，y_i)（i＝1，2，…m），其（qí）中各x_i是（shì）彼此不同的。人們希望用一類與數據的背景（jǐng）材料規律相適應的解析表達式，y＝f(x，c)來（lái）反映量x與y之間的依賴關係，即在一定意義下“最佳”地逼近或擬合已知數據。f(x，c)常稱（chēng）作擬合模型，式中c＝(c₁，c₂，…c_n)是一些待定參數。當c在f中線性出現時，稱為（wéi）線性模型，否則稱為非（fēi）線性模型。實際工作（zuò）中變量間未必（bì）都有線性關係，因此為了（le）更（gèng）好地對各種數據進行分析最常采用的方法就是進行曲線擬（nǐ）合。Labthink VAC-V1氣體滲透儀所采用的是基於Arrhenius方程的擬合方（fāng）法，采用多種材料進行擬合數據驗證，驗（yàn）證數據理想。

3  聚碳（tàn）酸酯透氧量

    MD传媒视频實驗室采用125μm的聚碳酸酯薄膜在10℃～45℃的溫度環境下進行材料的透氧量試驗，使用設備（bèi）是Labthink VAC-V1氣體滲透儀。試驗溫度分別是10℃、23℃、30℃、35℃、40℃、45℃，在每個（gè）溫度點進行的有效試驗次數不少於3次，測試（shì）數（shù）據（jù）的相對標準偏差（chà）均在3.5％以（yǐ）內。

    利用VAC-V1所具有的數據擬合功能獲得聚碳（tàn）酸酯薄（báo）膜在-120℃～350℃（即153K～623K）中任一溫度下的透氧量擬（nǐ）合數據。這個溫度範圍的選（xuǎn）取是按照常用塑料的脆化（huà）溫度以及熱力（lì）學轉化溫度進行的，並結合了一般薄膜材料的實際使用溫度，是一個比較全麵的溫度範圍。當然（rán），如果使用的測試氣（qì）源是氮（dàn）氣或是其他無機氣體，也可以利用設備（bèi）的數據擬合功能獲得其他氣體對於材料的透氣量。需要特別注意的是由（yóu）於有機氣體在滲透通過薄膜時存（cún）在溶漲現象，因此（cǐ），使用擬合（hé）功能時具有一（yī）定的限製性。

    聚碳酸酯薄膜（mó）在不同溫度（dù）下的透氧量詳細數據請登陸LabthinkMD传媒视频網站www.haomenglai.net查閱，或者聯係MD传媒视频實（shí）驗室進行谘詢。本文僅給出繪製（zhì）的聚碳酸酯透氧量（liàng）變化曲線圖（tú）（圖1），其中溫度的單位是熱力學溫度K，透氧量的（de）單位是（shì）cm³/m²·24h·0.1MPa。

圖1. -120℃～350℃（153K～623K）聚碳酸酯透氧量變化曲線

    聚碳酸酯的透氧量隨溫度的上升影響（xiǎng）明顯，例如在273K（0℃）時的透（tòu）氧量是272.952cm³/m²·24h·0.1MPa，而在323K（50℃）時透氧量是719.128cm³/m²·24h·0.1MPa，增加了約2.6倍。而且在303K（30℃）時透氧（yǎng）量是507.201cm³/m²·24h·0.1MPa，可見透氧量隨溫度（dù）的變化（huà）並不成線性。觀察圖1可（kě）知透（tòu）氧量與測試溫度大約（yuē）成指數關係。

    由於VAC-V1采用的是真空壓差法，因此依據膜技術理論，在檢測試樣透氣性及透氣量的同時還可以檢測材料的溶解度係數和氣體在材（cái）料中的擴散係數。圖2是這次檢測過程中（zhōng）所（suǒ）獲得的材料擴散係數隨溫度升高的曲線，擴散係數的單位是e^-8cm³/cm²·s·cmHg。可以看出在（zài）這段試驗範圍內，隨著溫度的升高，擴散係數逐漸增（zēng）大。

圖2. 聚碳酸酯擴散係數（shù）以（yǐ）及溶解度係數隨（suí）溫度變化的曲線

當然，材料的滲透係數與透（tòu）氣量是成正比的，因此隨溫（wēn）度的增（zēng）長變化趨勢與圖1中的曲線是一致的。

4  總結

    聚（jù）碳酸酯（zhǐ）薄膜在-120℃～350℃的溫度範圍內任意溫度點的透氧量數據庫已經由LabthinkMD传媒视频實驗室建成，通過這些特殊溫度下的（de）透（tòu）氧量數據可以幫（bāng）助用戶合理有效地進行包（bāo）裝材（cái）料（liào）的結構設（shè）計（jì）。接下（xià）來（lái），MD传媒视频（guāng）實驗室將要進行聚酯、聚（jù）乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀等包（bāo）裝常用材料的檢（jiǎn）測（cè），並建立相（xiàng）應材料在-120℃～350℃的溫度範圍內透氧量的數（shù）據庫，借（jiè）助（zhù）這些數據所設計（jì）的（de）材料結構能使其阻隔性能更好地滿足特殊溫（wēn）度下的包裝需求。