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压差对材料的透气性没有影响

2021年07月05日 吉林机械设备网

压差对材料的透气性没有影响

压差法和等压法是薄膜透气性测试通常使用的两种方法。有种观点认为软包装所采用的高分子聚合物其结构状态会因压差法中压力差的存在而受到影响,进而会影响透气性测试结果,同时也不符合软包装材料的实际应用环境。通过实际试验数据以及测试方法分析证明这种认识是非常肤浅的,所得出的结论也并不正确。

1.压力差普遍存在于各类透气性测试方法中

按照压差法试验原理,在试样的两侧会形成预先设定的测试气体压力差,但其气体压力差的梯度方向是确定的,因此我们会采取措施来消除压力差直接作用在材料上的影响。实际试验证明,在压差法低压侧采用多孔纸来支撑试样可以很好地消除压力差对试样的影响,使得试样可以保证不出现变形。在压差法试验过程中,试样在测试腔中的状态如图1所示(试样下侧为滤纸)。

尽管我们称氧传感器等方法为等压法,但是这不代表在等压法中试样两侧的压力就是完全一致而不存在压力差。实际上,在等压法中需要通过控制气体气流来实现对试样两侧测试气体浓度差的控制,不过要使得静态的气体流动起来需要动力源,这个动力源就是气源压力,因此只有改变压力才能改变气流流速。由于标准测试方法中对上下腔的气流流速要求不同,基于流量的手动调节以及环境温度、气压等种种因素,在实际应用中只有小心严格操作才能保证试样两侧的压力一致,悬浮放置的试样才不会变形(试验过程中的试样状态如图2所示),否则在试样两侧也有压力差的存在。然而与通常的认识有所不同的是,压差法考虑到压力差这一因素,已经在低压侧添加滤纸支撑试样。可是试样在等压法中两侧都无支撑,所以尽管试样两侧一般仅存在很小的压力差,在实际试验过程中较薄、较软的试样出现变形的几率却更高(如图3所示,试样上凸或者下凹取决于压力差的梯度方向,是否出现变形可在试验结束后打开测试腔时观察到),从而试样更容易出现拉伸、变薄的情况。

2.压差法中压差对材料的透气性并无影响

阻隔性测试的检测对象是材料的微观特性,所以要考证聚合物材料在压差法中是否因为压力差的存在而使得材料状态结构产生变化,并对压差法测试中压差的存在与材料透气性测试数据的关系进行分析和验证,需要借助试样在试验前后的物理指标进行判断。我们选择了两项最相关的测量指标进行分析:同一试样多次测量的试验结果重复性以及测试前后试样厚度的变化量。

按照一些人的观点,由于在试样两侧存在气体压力差会使试样的微观结构由松散变的更加紧凑,即是一种将结构松散的物质压“实”的过程,而且这种结构的变化效果应该随着加压时间的延长而更加显著。若这种观点成立,则在材料经受较长时间的压力差作用之后试样的厚度会减小,同时,由于材料的阻隔性能与材料的物质结构有关,因此透气性数据应该随着连续测试次数的增长而呈现出减小的趋势。

在这次的试验验证工作中,我们选择了铝箔复合膜、PET薄膜、PC薄膜三种透气性能分别属于高阻隔、中阻隔、低阻隔三个范围内的材料,因此通过这组测试数据得出的结论可以适用于透气性属于各种范围的材料。测试设备选用Labthink VAC-V1压差法气体渗透仪以及CHY-C2测厚仪。实测数据分别列于表1和表2中。

表1. 透氧量实测数据表

试样 透氧量1 试验温度 CV(%)

铝箔复合膜 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. 透氧量的单位是:ml/m2·24h·0.1MPa。

表2. 试样厚度实测数据表

试样 厚度(μm)

试验前 试验后1 Δd

铝箔复合膜 97.9 97.9 0

PET薄膜 25.6 25.7 0.1

PC薄膜 128.3 128.3 0

注:1. 厚度测量在试样的有效试验区域内进行,其他区域受真空酯的污染,测量意义不大。

在本组试验中每一个试样连续进行3次透气性检测,而且在同一试样的相邻两次试验中间无更换滤纸、打开测试腔等操作。分析表1中数据不难看出3个试样的连续试验数据的重复性都很好,3个试样的透氧量数据都没有表现出随测试次数增加而出现减小的趋势。不过在进行高阻隔试样的检测时,无论采用等压法还是压差法,测试数据的重复性都要比中低阻隔材料差,此时传感器的分辨率成为数据重复性的主要影响因素。

表2中数据显示试样的厚度在试验前后也没有出现变化。这样看来有关压力差的存在会影响材料的状态进而影响透气性测试结果的说法是不成立的。

3.总结

压差法中试样两侧存在压力差对材料的结构以及阻隔性试验数据是没有影响的,同时也告诫我们只有以实际测试为基础才能获得真实可靠的结论。此外有些人认为压差法测试环境与包装材料的实际应用相差太大,在实际包装应用中材料两侧没有压差,其实这也是错误的认识,食品、药品包装常用的真空包装、充气包装在包装内外都是存在气体压力差的,可见作为技术理论十分成熟的压差法透气性测试在全球有着最为广泛的应用是有其深刻道理的。

转载自:国家包装产品质量监督检验中心

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