材（cái）料（liào）的惰性氣體透過性（xìng）測試

 

最（zuì）近一段（duàn）時間，MD传媒视频實驗室陸續收到一（yī）些航空學院、研究（jiū）所的樣品，指定測試（shì）氣體為氦氣，這屬於非常（cháng）規氣體（tǐ）的阻隔性檢測，氦氣非常容易泄露，試驗（yàn）難（nán）度可想而知。MD传媒视频實驗室通過（guò）自行研製的壓差法氣體滲透儀很好地完成了檢（jiǎn）測任務（wù）。本文通過氦氣透過性試驗，對材料的惰性氣體透過（guò）性測試進行簡單介紹。

 

1 . 惰性氣體的應用需求

 

      需要先說明的一點是，包裝行業中（zhōng）所說的惰性氣體與科學（xué）定義上的惰性氣體是不同的。包裝行業中所說的惰性（xìng）氣（qì）體是用於MAP包裝中的組合氣體，這（zhè）些（xiē）氣體與所（suǒ）包裝的食物不發生反應，可以起到緩解食物的變質過程、有效延長食物保質期的作用，因此在包裝行業中（zhōng）被成為“惰性氣體”。然（rán）而這些（xiē）氣體一旦脫離了（le）特定的MAP包裝（zhuāng）環境，則性質就會變得活潑多了。

 

       科學（xué）上定義的惰性氣體（Inert Gas或Noble Gas）又稱鈍氣（qì）、稀有氣體、貴重氣體，共有六種，按照原（yuán）子量（liàng）遞增的順序排列，依次是氦、氖、氬、氪、氙、氡。在通常情況下，它們不與其他元素化合（hé），而僅以單個原子的形式存在。惰（duò）性氣體獨特的化學性（xìng）質給它們帶來了很多特殊的應用，例如氦可用於安全（quán）氣球或飛艇；氖（nǎi）在（zài）真空放（fàng）電管中發生紅色光，用於廣告燈；氬可填充燈（dēng）泡保護鎢絲，最（zuì）近也開發出采用氬氣的新型MAP包裝；氪和氙用於（yú）照相工業，而且這兩種氣體在真空放電（diàn）管中會發出藍色光（guāng）。其中隨著飛艇行業的快速發展，傳統上采用氫氣的（de）方式又具有極大的危（wēi）險性，因此盡管價格（gé）昂貴、但是使用安全的氦氣成了飛（fēi）艇行業發（fā）展的最新動力。氬氣MAP包裝也（yě）是氣（qì）調包裝行業所研發的新型MAP氣體，氬氣可以通過（guò）抑製真菌生長，減（jiǎn）少乙烯的釋放和緩（huǎn）解（jiě）感（gǎn）官（guān）品質變差，同時氬氣可以減少（shǎo）新鮮產品的呼吸率來延長產品的貨架期。

 

2 . 檢測材料（liào）的惰性氣（qì）體透過（guò）性（xìng）

 

      盡（jìn）管已經實現惰性氣體的工業生（shēng）產（chǎn），然而相對於自然界中非常（cháng）豐（fēng）富的（de）常規氣體（tǐ），惰性氣體的成本依舊是很昂貴的。因此，對於惰性氣體的（de）合理使用和有效節省是惰性氣（qì）體應（yīng）用行（háng）業能否穩定發展的關鍵。例如，對於飛艇行業，飛行時氣囊（náng）中會充滿惰性（xìng）氣體（tǐ），氣體用量巨大，盡管如今的飛艇氣囊蒙布是一種人造夾層材料以使得氦氣泄漏降到最少，然而究竟在（zài）一次（cì）飛行過程中會泄漏多少氦氣（qì）（直接影響飛行成本），則需要檢測氣囊蒙布的氦氣透過性。

 

      雖然現（xiàn）在可用於（yú）檢測材料透氣性的測試方法有壓差法和等壓法兩大類，但是隻有（yǒu）壓差法可（kě）以實現對於惰性氣體或者其他常規氣（qì）體的檢測，等壓（yā）法測試氣體單一（yī）限製了它的應用領域。盡管有些人認為可以通過預先測得幾（jǐ）種氣體對（duì）於某種材料的透過量測（cè）試數據並（bìng）進而算出幾（jǐ）組測試數據之間的比例關係，然後通過等壓法的透氧測試數據（jù）就可（kě）以推算出其他氣體對於材料的（de）透過量，可惜的是這種方法很難獲得實際應用，因為隻要測（cè）試氣體出現變化、或者材料種類出現變化，這種比例（lì）關係也將發生改變。

 

      在檢測試樣對於氦氣的阻隔性時，應注意以下情況：首（shǒu）先，氦氣的泄漏是（shì）驚人（rén）的，這種泄漏不但會出現在（zài）滲透腔中，同時也會出現在氣（qì）源的減壓（yā）控製端，這是因為氦氣的（de）穿透性極強。因此，在進（jìn）行試驗時，一定要（yào）保證氣源中壓力充（chōng）足，以免由於氣源供氣不足導致試驗失敗。其次，應（yīng）預防出現在測試腔中氣體從試樣邊緣泄漏的情況，如果不注意這方麵的控製，很可能會得到錯誤的試驗結果（guǒ）。這一點，Labthink的壓差法氣體滲透儀都已經通（tōng）過獨特的結構設計很好地解決了。

 

3. 測（cè）試數據分析

 

      我們收到的（de）氦（hài）氣檢測典型材料是一所研究機構提供的具有特殊塗層的材料，約4mm厚，但是厚度均勻（yún）性不好。在進行材料的透氦量檢測的（de）同時（shí），我們實驗（yàn）室還對該材料的透氧性能（néng）進行了對比試驗，測試數據詳見表1。測試數據單位是cm³/m²·24h·0.1MPa。

 

                                        表1. 氧氣、氦氣透過性測試數據表

 

1.     塗層朝下（xià）（沒有塗層的一（yī）側朝向試驗氣體）

2.     塗層朝上（有塗層的（de）一側朝向試驗氣體）

 

     盡（jìn）管由於（yú）材料厚度均勻性不好使（shǐ）得測試數據的重（chóng）複性表現並不太理想，但是分析（xī）表中數據（jù）可以獲得以下結論：首先，材料的透氧量要遠小於透氦量，這可能與氦（hài）氣易（yì）泄漏有關（guān），盡管氦氣的化（huà）學（xué）性質不（bú）活潑（pō）。其次，對於塗層材料，用有（yǒu）塗層的一側朝向試驗氣體要比使用沒有塗層的一側朝向試驗氣體所得的透氧量（liàng）要大，從表（biǎo）中數據分析可知，試樣塗（tú）層朝上（shàng）時測得的透氧（yǎng）量要比試樣塗層朝下時測得的透氧量大50％左右。

 

4 . 展（zhǎn）望

     隨著惰性氣體（tǐ）工業製取技術的發展，其應用（yòng）逐漸推廣，對於惰性氣體的有效存儲和合（hé）理應用是惰性氣體工業應用推廣的重點，需要檢測材料（liào）對惰性氣體的（de）阻隔性能。現在通過壓差法透氣（qì）性檢測設備，可以檢測材料對絕大多數惰性氣體的阻隔性能，為惰性氣體的實際（jì）應用奠定良好的基礎。