透氣性測試方法及設備
透氣性測試,也稱(chēng)作氣體阻隔性測試或是氣體透過(guò)性測試,主要是考察薄膜、薄片對常見(jiàn)無(wú)機氣體的阻隔性能,是材料主要的阻隔性能指標之一。通常檢測的是材料的透氧性,由于氣調包裝的廣泛使用也需對包裝材料的二氧化碳、氮氣透過(guò)性能進(jìn)行檢測。
透氣性測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(zhù)微量氧探測技術(shù)的發(fā)展,微量氧傳感器逐 步應用在材料的透氧性測試領(lǐng)域中,即透氣性測試中的傳感器法,利用不同的氣體傳感器可以檢測不同氣體對材料的滲透性能,目前對氧氣和二氧化碳的傳感器法檢測工藝已經(jīng)成熟。另外還可以利用氣象色譜法檢測材料的透氣性。傳感器法和氣象色譜法都可以歸為透氣性測試的等壓法。
2、壓差法
圖 1. 真空法測試原理圖
T ——試驗溫度(熱力學(xué)溫度);
pu ——高壓側的氣體壓強;
A ——有效滲透面積;
dp/dt ——當滲透狀態(tài)穩定后,在低壓側單位時(shí)間內壓強的變化量;
R ——氣體常數。
真空法是采用負壓差方法來(lái)實(shí)現試樣兩側 0.1MPa 的壓差,當然也可以通過(guò)正壓差的方法來(lái)實(shí)現,最常用的正壓差法是體積法。由于體積法無(wú)需對滲透腔抽真空,也不用進(jìn)行真空度的保持,所以降低了設備制造及試驗的難度。相關(guān)的測試標準有 ASTM D 1434(V 法)等。
壓差法對測試氣體的通用性非常好。由于膜技術(shù)理論的支持,真空法在透氣性測試中一直作為基礎方法使用,科研檢測機構多采用這種方法。隨著(zhù)真空規檢測技術(shù)的進(jìn)步、以及高真空技術(shù)在設備設計上的應用,大大提高了設備的檢測精度以及測試數 據的重復性。它的突出優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)一次測試得出材料的滲透系數、擴散系數、溶解度系數3項阻隔性指標。
在選購真空壓差法透氣性測試設備時(shí),需要注意以下參數指標:測試腔能達到的真空度、真空規的精度及量程、“空白試驗”數據及測試數據重復性,以及設備是否具備自控溫功能。測試腔真空度不但體現了所采用真空泵的抽真空能力,還體現了測試腔體以及相關(guān)管路的密封性能,如果機械結構中存在泄漏點(diǎn),則試驗結果將會(huì )受到嚴重的干擾,無(wú)法體現材料的真實(shí)阻隔性。如果只有某一次試驗達不到要求的真空度,極有可能是由于試樣裝夾密封不當所引起的。標準要求真空規的精度應不低于6Pa,目前比較優(yōu)秀的真空規的分辨率是其滿(mǎn)量程的0.1%,由于測試元件的分辨率都要優(yōu)于它的測試精度,因此真空規的量程一般要小于6kPa?!翱瞻自囼灐睌祿约皽y試數據的重復性是衡量設備經(jīng)受各種因素影響的綜合指標,試驗環(huán)境的溫濕度控制情況對測試結果也有影響,尤其是溫度對阻隔性測試的影響最為顯著(zhù),可以參閱2005年1月17日及2月21日蘭光實(shí)驗室論壇文章。選購正壓差法設備時(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”數據以及測試數據的重復性等指標就可以了。
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