透氣性測(cè)試方法及設(shè)備
透氣性測(cè)試,也稱作氣體阻隔性測(cè)試或是氣體透過(guò)性測(cè)試,主要是考察薄膜、薄片對(duì)常見(jiàn)無(wú)機(jī)氣體的阻隔性能,是材料主要的阻隔性能指標(biāo)之一。通常檢測(cè)的是材料的透氧性,由于氣調(diào)包裝的廣泛使用也需對(duì)包裝材料的二氧化碳、氮?dú)馔高^(guò)性能進(jìn)行檢測(cè)。
透氣性測(cè)試方法可分為壓差法(Differential-pressure method)與等壓法(Equal-pressure method)。廣泛使用的是壓差法,可分為真空壓差法和正壓差法(體積法)。隨著微量氧探測(cè)技術(shù)的發(fā)展,微量氧傳感器逐 步應(yīng)用在材料的透氧性測(cè)試領(lǐng)域中,即透氣性測(cè)試中的傳感器法,利用不同的氣體傳感器可以檢測(cè)不同氣體對(duì)材料的滲透性能,目前對(duì)氧氣和二氧化碳的傳感器法檢測(cè)工藝已經(jīng)成熟。另外還可以利用氣象色譜法檢測(cè)材料的透氣性。傳感器法和氣象色譜法都可以歸為透氣性測(cè)試的等壓法。
2、壓差法
圖 1. 真空法測(cè)試原理圖
T ——試驗(yàn)溫度(熱力學(xué)溫度);
pu ——高壓側(cè)的氣體壓強(qiáng);
A ——有效滲透面積;
dp/dt ——當(dāng)滲透狀態(tài)穩(wěn)定后,在低壓側(cè)單位時(shí)間內(nèi)壓強(qiáng)的變化量;
R ——?dú)怏w常數(shù)。
真空法是采用負(fù)壓差方法來(lái)實(shí)現(xiàn)試樣兩側(cè) 0.1MPa 的壓差,當(dāng)然也可以通過(guò)正壓差的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),最常用的正壓差法是體積法。由于體積法無(wú)需對(duì)滲透腔抽真空,也不用進(jìn)行真空度的保持,所以降低了設(shè)備制造及試驗(yàn)的難度。相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有 ASTM D 1434(V 法)等。
壓差法對(duì)測(cè)試氣體的通用性非常好。由于膜技術(shù)理論的支持,真空法在透氣性測(cè)試中一直作為基礎(chǔ)方法使用,科研檢測(cè)機(jī)構(gòu)多采用這種方法。隨著真空規(guī)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步、以及高真空技術(shù)在設(shè)備設(shè)計(jì)上的應(yīng)用,大大提高了設(shè)備的檢測(cè)精度以及測(cè)試數(shù) 據(jù)的重復(fù)性。它的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)一次測(cè)試得出材料的滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)3項(xiàng)阻隔性指標(biāo)。
在選購(gòu)真空壓差法透氣性測(cè)試設(shè)備時(shí),需要注意以下參數(shù)指標(biāo):測(cè)試腔能達(dá)到的真空度、真空規(guī)的精度及量程、“空白試驗(yàn)”數(shù)據(jù)及測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性,以及設(shè)備是否具備自控溫功能。測(cè)試腔真空度不但體現(xiàn)了所采用真空泵的抽真空能力,還體現(xiàn)了測(cè)試腔體以及相關(guān)管路的密封性能,如果機(jī)械結(jié)構(gòu)中存在泄漏點(diǎn),則試驗(yàn)結(jié)果將會(huì)受到嚴(yán)重的干擾,無(wú)法體現(xiàn)材料的真實(shí)阻隔性。如果只有某一次試驗(yàn)達(dá)不到要求的真空度,極有可能是由于試樣裝夾密封不當(dāng)所引起的。標(biāo)準(zhǔn)要求真空規(guī)的精度應(yīng)不低于6Pa,目前比較優(yōu)秀的真空規(guī)的分辨率是其滿量程的0.1%,由于測(cè)試元件的分辨率都要優(yōu)于它的測(cè)試精度,因此真空規(guī)的量程一般要小于6kPa?!翱瞻自囼?yàn)”數(shù)據(jù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性是衡量設(shè)備經(jīng)受各種因素影響的綜合指標(biāo),試驗(yàn)環(huán)境的溫濕度控制情況對(duì)測(cè)試結(jié)果也有影響,尤其是溫度對(duì)阻隔性測(cè)試的影響最為顯著,可以參閱2005年1月17日及2月21日蘭光實(shí)驗(yàn)室論壇文章。選購(gòu)正壓差法設(shè)備時(shí),由于這種方法無(wú)須抽真空,因而只需要關(guān)注壓力傳感器的精度和量程、“空白試驗(yàn)”數(shù)據(jù)以及測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性等指標(biāo)就可以了。
評(píng)論