壓差法和等壓法是薄膜透氣性測(cè)試通常使用的兩種方法。有種觀點(diǎn)認(rèn)為軟包裝所采用的高分子聚合物其結(jié)構(gòu)狀態(tài)會(huì)因壓差法中壓力差的存在而受到影響,進(jìn)而會(huì)影響透氣性測(cè)試結(jié)果,同時(shí)也不符合軟包裝材料的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。通過實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及測(cè)試方法分析證明這種認(rèn)識(shí)是非常膚淺的,所得出的結(jié)論也并不正確。 1.壓力差普遍存在于各類透氣性測(cè)試方法中 按照壓差法試驗(yàn)原理,在試樣的兩側(cè)會(huì)形成預(yù)先設(shè)定的測(cè)試氣體壓力差,但其氣體壓力差的梯度方向是確定的,因此我們會(huì)采取措施來消除壓力差直接作用在材料上的影響。實(shí)際試驗(yàn)證明,在壓差法低壓側(cè)采用多孔紙來支撐試樣可以很好地消除壓力差對(duì)試樣的影響,使得試樣可以保證不出現(xiàn)變形。在壓差法試驗(yàn)過程中,試樣在測(cè)試腔中的狀態(tài)如圖1所示(試樣下側(cè)為濾紙)。 盡管我們稱氧傳感器等方法為等壓法,但是這不代表在等壓法中試樣兩側(cè)的壓力就是完全一致而不存在壓力差。實(shí)際上,在等壓法中需要通過控制氣體氣流來實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣兩側(cè)測(cè)試氣體濃度差的控制,不過要使得靜態(tài)的氣體流動(dòng)起來需要?jiǎng)恿υ?,這個(gè)動(dòng)力源就是氣源壓力,因此只有改變壓力才能改變氣流流速。由于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法中對(duì)上下腔的氣流流速要求不同,基于流量的手動(dòng)調(diào)節(jié)以及環(huán)境溫度、氣壓等種種因素,在實(shí)際應(yīng)用中只有小心嚴(yán)格操作才能保證試樣兩側(cè)的壓力一致,懸浮放置的試樣才不會(huì)變形(試驗(yàn)過程中的試樣狀態(tài)如圖2所示),否則在試樣兩側(cè)也有壓力差的存在。然而與通常的認(rèn)識(shí)有所不同的是,壓差法考慮到壓力差這一因素,已經(jīng)在低壓側(cè)添加濾紙支撐試樣??墒窃嚇釉诘葔悍ㄖ袃蓚?cè)都無支撐,所以盡管試樣兩側(cè)一般僅存在很小的壓力差,在實(shí)際試驗(yàn)過程中較薄、較軟的試樣出現(xiàn)變形的幾率卻更高(如圖3所示,試樣上凸或者下凹取決于壓力差的梯度方向,是否出現(xiàn)變形可在試驗(yàn)結(jié)束后打開測(cè)試腔時(shí)觀察到),從而試樣更容易出現(xiàn)拉伸、變薄的情況。 2.壓差法中壓差對(duì)材料的透氣性并無影響 阻隔性測(cè)試的檢測(cè)對(duì)象是材料的微觀特性,所以要考證聚合物材料在壓差法中是否因?yàn)閴毫Σ畹拇嬖诙沟貌牧蠣顟B(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化,并對(duì)壓差法測(cè)試中壓差的存在與材料透氣性測(cè)試數(shù)據(jù)的關(guān)系進(jìn)行分析和驗(yàn)證,需要借助試樣在試驗(yàn)前后的物理指標(biāo)進(jìn)行判斷。我們選擇了兩項(xiàng)最相關(guān)的測(cè)量指標(biāo)進(jìn)行分析:同一試樣多次測(cè)量的試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性以及測(cè)試前后試樣厚度的變化量。 按照一些人的觀點(diǎn),由于在試樣兩側(cè)存在氣體壓力差會(huì)使試樣的微觀結(jié)構(gòu)由松散變的更加緊湊,即是一種將結(jié)構(gòu)松散的物質(zhì)壓“實(shí)”的過程,而且這種結(jié)構(gòu)的變化效果應(yīng)該隨著加壓時(shí)間的延長(zhǎng)而更加顯著。若這種觀點(diǎn)成立,則在材料經(jīng)受較長(zhǎng)時(shí)間的壓力差作用之后試樣的厚度會(huì)減小,同時(shí),由于材料的阻隔性能與材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),因此透氣性數(shù)據(jù)應(yīng)該隨著連續(xù)測(cè)試次數(shù)的增長(zhǎng)而呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。 在這次的試驗(yàn)驗(yàn)證工作中,我們選擇了鋁箔復(fù)合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬于高阻隔、中阻隔、低阻隔三個(gè)范圍內(nèi)的材料,因此通過這組測(cè)試數(shù)據(jù)得出的結(jié)論可以適用于透氣性屬于各種范圍的材料。測(cè)試設(shè)備選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測(cè)厚儀。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別列于表1和表2中。 表1. 透氧量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表 試樣 透氧量1 試驗(yàn)溫度 CV(%) 鋁箔復(fù)合膜 0.150 27℃ 14.72 0.202 28.1℃ 0.179 27.3℃ PET薄膜 58.467 30.2℃ 1.65 58.770 29.6℃ 60.291 30.1℃ PC薄膜 521.122 30.3℃ 1.43 536.198 30.4℃ 529.115 30.3℃ 注:1. 透氧量的單位是:ml/m2·24h·0.1MPa。 表2. 試樣厚度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表 試樣 厚度(μm) 試驗(yàn)前 試驗(yàn)后1 Δd 鋁箔復(fù)合膜 97.9 97.9 0 PET薄膜 25.6 25.7 0.1 PC薄膜 128.3 128.3 0 注:1. 厚度測(cè)量在試樣的有效試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行,其他區(qū)域受真空酯的污染,測(cè)量意義不大。 在本組試驗(yàn)中每一個(gè)試樣連續(xù)進(jìn)行3次透氣性檢測(cè),而且在同一試樣的相鄰兩次試驗(yàn)中間無更換濾紙、打開測(cè)試腔等操作。分析表1中數(shù)據(jù)不難看出3個(gè)試樣的連續(xù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性都很好,3個(gè)試樣的透氧量數(shù)據(jù)都沒有表現(xiàn)出隨測(cè)試次數(shù)增加而出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。不過在進(jìn)行高阻隔試樣的檢測(cè)時(shí),無論采用等壓法還是壓差法,測(cè)試數(shù)據(jù)的重復(fù)性都要比中低阻隔材料差,此時(shí)傳感器的分辨率成為數(shù)據(jù)重復(fù)性的主要影響因素。 表2中數(shù)據(jù)顯示試樣的厚度在試驗(yàn)前后也沒有出現(xiàn)變化。這樣看來有關(guān)壓力差的存在會(huì)影響材料的狀態(tài)進(jìn)而影響透氣性測(cè)試結(jié)果的說法是不成立的。 3.總結(jié) 壓差法中試樣兩側(cè)存在壓力差對(duì)材料的結(jié)構(gòu)以及阻隔性試驗(yàn)數(shù)據(jù)是沒有影響的,同時(shí)也告誡我們只有以實(shí)際測(cè)試為基礎(chǔ)才能獲得真實(shí)可靠的結(jié)論。此外有些人認(rèn)為壓差法測(cè)試環(huán)境與包裝材料的實(shí)際應(yīng)用相差太大,在實(shí)際包裝應(yīng)用中材料兩側(cè)沒有壓差,其實(shí)這也是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),食品、藥品包裝常用的真空包裝、充氣包裝在包裝內(nèi)外都是存在氣體壓力差的,可見作為技術(shù)理論十分成熟的壓差法透氣性測(cè)試在全球有著最為廣泛的應(yīng)用是有其深刻道理的。 轉(zhuǎn)載自:國(guó)家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心
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