材料的透气性测试与透气度测试

第 12卷第 3期 2006 年 9 月 冷 饮 与 速 冻 食 品 工 业 Beverage & Fast Frozen Food Industry Vol. 12 No. 3 Sep. , 2006 收稿日期: 2006- 04- 13;修订日期 : 2006- 06- 22. 作者简介:赵江( 1981- ) , 女,山东潍坊人, 主要从事软包装材料的检测. =分析检测> 材料的透气性测试与透气度测试 赵 江 (济南兰光机电技术有限公司, 山东济南 250031) 摘 要:根据不同材料对气体渗透性的不同检测需求,介绍了透气性测试和透气度测试两种方法, 详述了这两种 检测方法的适用材料、测试的相同点及不同点。 关键词:渗透性; 薄膜; 非金属 中图分类号: TS 206. 4 文献标识码: B 文章编号: 1007- 0818( 2006) 03- 0032- 02 Gas Permeability Test ZHAO Jiang ( Jinan Languang Mechanical and Electr ical Technology Co. Ltd. , Jinan 250031, China) Abstract: Two methods to measure the gas permeability o f mater ials were discussed regarding the type of material, and the difference and similarity o f the measurement. Key words:permeability; thin film; nonmetallic 0 前 言 气体对材料的渗透性( Permeability) 是材料物 理性能检测的重要项目之一, 渗透性低的材料对气 体具有一定的阻隔性, 在这些材料中具有极低气体 渗透性的材料称作阻隔性材料,被作为功能材料大 量应用(如商品包装) ; 渗透性高的材料是相对于具 有一定阻隔性的材料而言的, 它们的气体透过率非 常大,种类繁多,用途也十分广泛。 1 透气性测试 通常所说的透气性测试是指对于具有一定气体 阻隔性的材料进行特定气体渗透性的检测。这类材 料大多是高分子聚合物或是由高聚物制成的多层复 合材料,广泛应用于食品、药品、化工、电子、军工等 领域的产品包装。其中阻隔性极优(气体渗透性极 低)的材料可以用于对氧气、水蒸气敏感商品的包 装,是近几年塑料包装业发展的重点, 也是充气包 装、真空包装、无菌包装等新型包装发展的基础。 材料的透气性测试方法主要有压差法和等压法 两类,其中使用范围最广泛的是压差法。压差法是 纯粹的物理检测方法,测试原理清晰明了, 是透气性 测试中的根本方法。压差法又分为真空压差法和正 压差法两类,按照检测标准需要采用分辨率非常高 的真空规或压传感器, 检测过程中微小的压力变 化均被精确地采集下来。 透气性测试的特点如下: 首先,对于真空压差法透气性测试设备,测试腔 真空度是最重要的一项指标。ASTM D 1434 ) 82 ( 2003)要求真空压差法的低压侧在 26 Pa以下, ISO 2556: 2001及GB/ T 1038 ) 2000均要求低压侧压力 )32) 不大于 27 Pa, 透气性测试仪需要配备抽真空能力 较高的真空泵。由于真空度的高低与试样的状态直 接相关,因此,能否达到标准要求的真空度会对测试 数据产生一定的影响。 其次, 真空规( Vacuum Gauge)精度直接影响测 试结果的精度, 而且精度的选择会对真空规的量程 有一定限制。由于气体对这类材料的渗透性低,因 此在测试过程中,测试下腔的压力变化率也较小, 所 以真空规的量程无需太大。表 1中列出了 5种高阻 隔性材料的透氧性检测的实测数据,在这组试验中, 至试验结束时的最大压力变化量均不大于 20 Pa。 表 1 5 种高阻隔性材料的透氧性实测数据 材料 温度/ e 湿度/ % 厚度/ Lm 试验持续 时间/ h 试验结束 压力/ Pa 透气量 ( mL/ ( m 2#24h#0. 1MPa) ) A 24. 2 63. 8 90 22. 0 2. 47 0. 05 B 24. 3 53. 6 100 7. 5 8. 22 1. 04 C 24. 1 58. 6 100 6. 4 15. 07 2. 01 D 21. 4 42. 3 250 2. 1 9. 32 3. 467 E 23. 1 27. 1 60 2. 7 12. 60 5. 44 第三, 温度的变化直接影响了试样的阻隔性。 材料的渗透系数、溶解度系数以及扩散系数受温度 变化的影响遵守 Arrhenius方程。 目前,用于这类气体渗透性较低的材料的专业 透气性测试设备发展较快, Labthink VAC- V1型 气体渗透仪就可以完全满足国标以及 ISO 标准的 测试要求。 2 透气度测试 对于泡沫塑料、皮革、纺织品、纸板、纸张、多孔 陶瓷等透气性较大的材料, 用于一些特定领域时需 要量化气体对这些材料的渗透性,例如卷烟纸的透 气性选择是否恰当直接影响了烟支的外观、卷烟的 气味和烟气成分的含量, 而对纺织品透气性的控制 是直接影响衣物穿着舒适度的关键因素。对于这类 材料气体渗透性的检测称为透气度测试, 试验需要 采用专业的透气度测试仪。 这类材料的透气度测试方法大体可以分为定流 量测压差和定压差测流量两类。定流量测压差法主 要用于聚氨酯泡沫塑料以及软质或半硬质多孔弹性 材料的测试;定压差测流量法主要用于纺织品、无纺 布、皮革、土工布等; 纸、皮革等材料的透气度检测需 测试在一定压差下, 透过试样一定体积空气的时间, 这可归为定压差测流量一类, 再通过测得的流量进 行计算即可。 透气度测试具有的特点如下: 首先,测试对象不同。透气性测试主要用于检 测薄膜, 而透气度测试主要用于检测多孔材料、无纺 布等。 其次,透气性测试可以检测氧气、氮气、二氧化 碳、空气等气体对材料的渗透性, 而透气度测试主要 检测空气对材料的渗透性。 第三,试验时间长短的差异较大。透气性测试 时间长, 透气度测试时间则短得多,这主要是因为两 种测试材料透气性的差异较大。 第四,由于透气度测试主要检测透气性高的材 料, 因此无需使用高灵敏度的真空规或压力传感器, 对真空泵的抽真空能力要求较低, 但要求压力传感 器具有较宽的量程,以满足不同透气量检测的需要。 第五,透气度测试设备的关键元器件不仅有压 力传感器和真空泵,流量计的精度和量程也非常重 要。 第六,不同材料, 由于检测标准及方法差异, 试 验数据的单位差别较大, 如纺织品的最终测试结果 是透气率( mm/ s) ,而皮革的最终测试结果却是透气 量( mL/ ( cm2#h) )。配合专用操作软件,同一款透气 度测试仪可以完成以上各种试验数据的转换。 目前透气度测试设备的发展极不均衡, 例如现 在市场上用于纺织物、纸张等材料的透气度测试仪 品种较多,而用于聚氨酯泡沫塑料及多孔弹性材料 透气度的检测设备却较少。Labthink 的 TQD- G1 型透气度测试仪是一款同时具备定流量测压差和定 压差测流量两种模式的检测设备,配合专业软件,基 本上能满足多数非金属材料的透气度测试需要, 同 时可以根据客户的检测需要, 量身定做指定测试范 围和精度的透气度测试仪,实用性更优。 3 结 语 同是检测气体对材料的渗透性,材料性能的差 异引起了检测设备的明显变化, 根据检测需要选择 相应的设备是获得实用的测试范围及精度的最佳方 法。虽然对于软包装材料、卷烟纸、纺织物等材料, 市场上已有专门的检测设备出售, 但是对于聚氨酯 泡沫塑料、多孔弹性体等 Labthink TQD- G1 型透 气度测试仪的推出无疑对材料透气性控制有利。 )33)