科學看待壓力差與材料透氣性的關係

　　1. 透氣量的定義

　　對透氣量（liàng）定義的錯誤理解是形成壓力差的存在會影響材（cái）料透氣（qì）性（通過透氣量來體現）這種錯誤觀點的一個重要原因。按照標準GB/T 1038和ASTM D1434中的定義，透氣（qì）量（氣體透過量）是在恒定溫度和單位（wèi）壓力差下，在（zài）氣體（tǐ）穩定透過時，單位（wèi）時間內（nèi）透（tòu）過試（shì）樣單位麵（miàn）積的氣體的（de）體積，常用單（dān）位是cm³ / m²·d·atm。從定義上分析，ISO 2556標準中定義的（de）Gas transmission rate也與透氣（qì）量一致。而另一個表征材料特性的透氣係數（shù）（氣體透過係數）是透氣量與薄膜（mó）厚度（檢測試樣的厚度是定值）的乘積。

　　水流或（huò）電流是（shì）會隨著施加在物體（tǐ）兩側的水壓或電壓的增大而增大的，按此模式（shì）分析，透氣量會受氣體壓力差的影響也是理所當然的事情。不（bú）過請注意在透（tòu）氣量定義中的“單位壓力差下”，它表明在計算透氣量時對於施加在試樣兩（liǎng）側的（de）壓力差的大小是有嚴格規定的，這一點在透氣量的（de）計算公（gōng）式中也有明顯體現，所（suǒ）以（yǐ）無論具體試驗過程中所施加的壓力（lì）如何變化，都不會（huì）影響材料的透氣量（進一（yī）步計算可得透氣係數）。

　　2. 壓力差（chà）與材料結構

　　曾經有人形象地將薄膜材料比喻為海綿，認為隨著施加壓力的增大會對薄膜的微（wēi）觀結構產生影（yǐng）響，使其（qí）鬆散的結構變地緊湊（còu）進而增加氣體透過的困難。假設這（zhè）種觀點是（shì）正確的，那麽薄膜厚度會隨著測試（shì）時間的延長（zhǎng）而逐漸減小，假設結構的緊湊會增加氣體透過的困難，則透氣性測試數據應隨連（lián）續測試次數的增加而呈現（xiàn）出減小（xiǎo）的趨勢。MD传媒视频實驗室設計了一係列試驗來驗證這種觀點的真偽，我們選擇鋁箔複合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透（tòu）氣性能分別屬於高阻隔、中阻隔、低阻（zǔ）隔三個範圍內的材料，並且對同（tóng）一試樣進行（háng）了連續多次的透氣性測試，觀察連續測試結果的重複性以及測試前後試（shì）樣厚（hòu）度的變化量（參見表1）。數據顯示，透（tòu）氣性測試數據基本保持不變，而且試樣的厚度在試驗前後也沒有出現變化，以此可以證明氣體壓力差會使得材料（liào）鬆（sōng）散的結構變地緊湊進而影響透氣性測（cè）試結果的說法是錯誤的。

 

 

表1. 透氧量（liàng）、試樣厚度（dù）實測數據表

　　注：1. 厚度測量在試樣的有效試驗區域內進行，其他區域受真（zhēn）空酯的汙染，測量意（yì）義不大。

 

　　其實薄膜材料的力學性（xìng）能是非常好的，而（ér）此也是它們能獲得廣泛應用的基礎。薄膜材料的抗壓強度是指材（cái）料在壓（yā）力緩慢作用下不破壞時，單位（wèi）受力截麵上所能承（chéng）受的最大力，PP的壓縮強度是（shì）39 MPa ~56MPa，普通PS的壓（yā）縮強度是80.5 MPa ~112MPa，改性PS的（de）壓縮強度是（shì）28 MPa ~112MPa，而PA-66在幹態時的壓縮（suō）強度更（gèng）是達到了（le）120MPa，可見薄膜材料通常可以承受的抗壓強度（dù）都（dōu）是壓差法中施加在試樣兩（liǎng）側（cè）壓力差的幾百（bǎi）到幾千倍。而且我們在進行軟包裝袋的密封性能（néng）檢測時也發現，盡管一般軟包裝袋的破裂（liè）壓力在0.1MPa左右，但是破裂點都集中在袋（dài）子的熱封邊緣（yuán），即使對於破裂壓力超過0.15MPa的軟包裝袋來（lái）講，其破袋處依舊在（zài）袋子的熱封處。可見若要（yào）在薄膜處（chù）出現破裂則需要更（gèng）高（gāo）的（de）壓（yā）力，更何況壓差法低壓側的多孔紙已經很（hěn）好地起到了對試樣（yàng）的支撐保護，所以壓差法中壓力差的存在不會對（duì）試樣的結構產生影（yǐng）響。

　　3. 壓力差與材（cái）料透氣性

　　材料透（tòu）氣性究竟會不會（huì）受到壓力差的影響？即（jí）使排除（chú）了壓（yā）力差對材料結構可能產生影響的疑慮，很多人還是（shì）認為壓力差與材料（liào）的（de）透氣性之間是存在聯（lián）係的。這種觀點是完（wán）全可以通過試驗來（lái）進行真偽驗證的，如果材料兩側壓力差增大但透氣量和滲透係數保持不（bú）變，則可以證明壓力差的存在並沒有影響材料的透（tòu）氣性。

　　MD传媒视频實驗室曾曆時數月對八種十餘件試樣進（jìn）行了在（zài）不同氣體壓力差下的大（dà）量試（shì）驗，試驗選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個測試點下進行，測試（shì）材料透氣量從1.5cm³/m²·24h·0.1MPa到7000cm³/m²·24h·0.1MPa。圖1是三種厚度不同的PET材料：PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）的（de）滲透係數測試曲線。大量測試數據顯示壓差法中壓力差的變化並未對試樣的透氣量以及滲透係數產生影（yǐng）響。而基於本次試驗的專題（tí）論文已經在2007年度IAPRI技術會議上（shàng）發表，壓力差對（duì）材料透氣性不（bú）會產生影（yǐng）響的結論得到了各國專家學者（zhě）的肯定與廣泛認同。

 

圖1 PET薄膜滲透係（xì）數與（yǔ）壓力差關係（xì）圖（tú）

滲透係數單位：(E-12)cm³·cm/cm²·s·cmHg

　　 

　　然而可能有些人會認為（wéi）在（zài）這（zhè）次試驗中我們所采（cǎi）用的壓力（lì）差範圍還不足（zú）夠大（dà），還遠未達到薄膜材（cái）料抗壓強度極限。無獨有偶，在2007年度IAPRI技術（shù）會議上，遠在（zài）南美智利的協會成員也進行了類似的學術（shù）研究（jiū），得（dé）到與（yǔ）我們一致的結論。智利方代表發表的《高壓處理對食品軟包裝材料機械性能、熱學性能、阻隔特性的影響》（INFLUENCE OF HIGH PRESSURE PROCESSING OVER MECHANICAL, THERMAL AND BARRIER PROPERTIES ON FLEXIBLE FOOD PLASTIC PACKAGING）一文中（zhōng）所進行的（de）研究更是（shì）將施加的壓（yā）力提高到400MPa，相當於壓（yā）差法檢測中壓力的4000倍，而且還特別針（zhēn）對特殊塗層材料的阻隔性進行了研究。試驗結論是（shì）對於金（jīn）屬化材（cái）料（liào）以及鍍氧化（huà）矽薄膜，其阻隔性能受到一些影響（40％~50％），但是對（duì）於PE/EVOH/PE以（yǐ）及（jí）PET/PE材料其阻隔性檢測數據卻沒有明顯變化。考慮到在本次HPP處理中所施加的壓力是在壓差法測試（shì）中壓力的4000倍，而（ér）且也已經超出了薄膜材料的抗壓強度的極（jí）限範圍，塗層（céng）材料在如此大的壓力下依然具（jù）有很好的阻隔性可見這些材料的透氣性在壓差法（fǎ）測試中是不會因為有壓（yā）力差的存（cún）在而受到影響的。

　　4．總結

　　綜上所述，壓力差的存在會影響材料透（tòu）氣性這一觀點是完全經不住實際檢驗（yàn）的，甚（shèn）至（zhì）其中還包括了對參（cān）數定（dìng）義理解的錯誤。無論是哪（nǎ）一家實驗室隻要進行類（lèi）似（sì）試驗都會得到與MD传媒视频實驗（yàn）室（shì）一致的結論。隨意想象等壓法中就完全沒有壓力差、不會影響試驗數據，而壓差法中有（yǒu）壓力差就一定影響試驗（yàn）數據的做法本身就非常荒謬，而且也完全背離了（le）檢測領域（yù）科學、嚴謹的研究態度。