材料阻隔性（xìng）指標詳解

1、材料的阻隔性

   任何物（wù）體都有一定的滲透性，差別（bié）僅是一些物體的滲透性比較高，另一些的滲透性比較（jiào）低（dī）。高分子聚合（hé）物的可透性較低，用它對物品進（jìn）行包裝可有效阻隔環境中氧（yǎng）氣、水蒸氣等的滲入，並保持包裝內的特定氣體成分，顯著提高物品的保質期。

    通常，在使用高分子聚合物或由它製得（dé）的相關材料包裝物品時最關注材料對氧氣、二氧化碳、氮氣等常（cháng）見氣體的阻隔性以及對水蒸氣的阻隔性，可用滲透（tòu）性（Permeability）和透過量（liàng）（Permeance）兩項指（zhǐ）標加以描述。其中滲（shèn）透性表征的是一種（zhǒng）材料的特性，不隨材料厚（hòu）度、麵積等的變（biàn）化（huà）而變（biàn）化，而滲透物質的透過量隻是一（yī）個製成品的性質，隨材料（liào）厚度、結構等的變化而變化（huà）。

2、氣（qì）體透過係數與氣體透過量（liàng）

    一般我們用氣體對材料的滲透性（即氣體透（tòu）過係數）和氣體透過量評價材（cái）料（liào）的阻隔性，但是由於（yú）常見無機氣體對材料的滲透性能直接取（qǔ）決於材料對氣體的溶解度（S）以及氣（qì）體在材料中的擴散係數（D），所以（yǐ）在評價材料的阻隔性時應根據需要對材料的氣體透過係數、氣體透過量、溶解度、以及擴散係數進行綜合評定。

    氣體透過係數（P）是在恒（héng）定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位（wèi）時間內透過試樣單（dān）位厚度、單位麵積的氣體的體積，單位為：cm³·cm/cm²·s·Pa。氣體透過量（Q）是在恒（héng）定溫度和單位壓力差（chà）下，在穩（wěn）定透過（guò）時，單（dān）位時間內透過試樣單位麵積的氣體的體積，單位（wèi）為：cm³/m²·d·Pa。它們之間滿（mǎn）足以下關係：

　其中d是材料的厚度（dù）。

    由於兩者（zhě）的單（dān）位不同，所以在計算時必須統（tǒng）一計算單位。例如，當材料（liào）氣體透過係數的單位是cm³·cm/cm²·s·Pa而氣體（tǐ）透過量的單位（wèi）是（shì）cm³/m²·d·Pa時（shí），僅是在計算過程中（zhōng）引入的測試時（shí）間單位就相（xiàng）差86400倍，麵積單位又相差10000倍，所（suǒ）以在國標GB 1038中給出了1.1574×10^-9這個係數用於單位的統一。

    目前，各標準中對材料的氣體阻隔性的指標定義比較混亂，如氣體透過率（Gas Transmission Rate，GTR）在ISO標準（ISO 2556，ISO 15105-1）中是穩定透過時在恒定溫度、單位壓差下單位時間內（nèi）透過單位麵積試樣的氣體體積（與國標GB 1038中氣體透過量的含（hán）義相同），單位是（shì）cm³/m²·d·atm；然而在ASTM D1434中它是指在試（shì）驗狀（zhuàng）態下單位時（shí）間內透過單位麵積（jī）試樣（yàng）的（de）氣體量，單位是mL（STP）/m²·d。因此建（jiàn）議大家在比對數據時首（shǒu）先要看清數據單位，以確定它們各（gè）屬於哪（nǎ）一項指（zhǐ）標，然後將同項指標的所有比對數據換（huàn）算成相（xiàng）同的單位再進（jìn）行比較。在ASTM D1434中給出了幾組單位換算表，表1隻是其中（zhōng）之一，用於（yú）氣體滲透性單位之間的換算。

表1. 常用氣體滲透性單位換算表

    一般我們用材料的水蒸氣滲透性（即水（shuǐ）蒸氣（qì）透過（guò）係數（shù））和水蒸氣透過量來評價材料的水蒸氣阻隔性，也有使用水蒸氣滲透量（Water Vapor Permeance）進行評價的，其中最常用的是材料的水蒸氣透過量。

    水蒸氣透過係數（P_V）是在規定的溫度、相對濕度環境中，單位時間內，單位水蒸氣壓（yā）差下，透過單位厚度、單位（wèi）麵積試樣的水蒸氣（qì）量，單（dān）位為：g·cm/cm²·s·Pa。水蒸氣透過量（WVT，在ISO 2528、ASTM F1249等標準中也稱為WVTR）是在（zài）規定的溫度、相對濕度，一定的水蒸氣壓差和一定厚度的條件下，1m²的試樣在24h內透過的水蒸氣量。單位為：g/m²·24h。兩者之間滿足以下關係：

    其中d是試（shì）樣的厚度，△p是試（shì）樣兩側的水蒸氣壓差，可查濕空氣水蒸氣壓力表獲得。

    水蒸氣滲透量（Water Vapor Permeance ，以下簡稱（chēng）P）的概念在（zài）國標GB 1037中是沒有的，但在ASTM的標準中有涉（shè）及（jí），是在指定的溫濕度條件下，試樣兩側在單位水蒸氣壓差下，單位時間內透過單位麵積試樣的水蒸氣量，單位是g/m²·s·Pa，所以

    其中△p是試樣兩側的水蒸氣壓差，而（ér）d是試樣（yàng）的厚度。

    材料（liào）的（de）水蒸氣阻隔性的各項指（zhǐ）標定（dìng）義清晰，常用單位比較集中，可以參照表2（摘自ASTM E96）進行（háng）換算。

表2. 常用水（shuǐ）蒸氣（qì）各類阻隔性單位換算表

注（zhù）：表中壓強單位（wèi）mmHg與Pa之（zhī）間的換算是在0℃下進行的。

    首先，在進行測試數據比對時，需要注意試（shì）驗條件，包括測試環境溫濕度等。由於阻隔性測試受環境影響比較顯著，因此，無論是進行哪項阻隔（gé）性指標的比（bǐ）較，都需要在相同的試驗（yàn）條件下進行（háng）試驗，否則單純比對數據沒有任何意（yì）義。

    其次，材料（liào）的滲透性（包括氣體滲透性及水蒸氣（qì）滲透性）並非對所有（yǒu）材料（liào）都有（yǒu）意義，它僅對於均勻（yún）的單層材料有意義（yì），可用作多層材料結構設計的指標使用。因此對於（yú）單層的（de）均勻材料，材料（liào）的滲透性及透過量都具有實際使用意義，是阻隔性（xìng）檢測中必須（xū）獲取的指標；但是對於多層複合材（cái）料或成品包裝（zhuāng）膜，計算材料的滲透（tòu）性沒有（yǒu）意義，隻有材（cái）料的透過量才有實用價（jià）值。當然，單（dān）層均勻材料滲透性的確定也不能僅由（yóu）對一個試樣的檢測確定，必須對（duì）厚度（dù）不同的同種材料進行大（dà）量試驗以保證材料滲透（tòu）性的準確。