壓差對材料的透氣性沒有影響

摘要：本文論證了不但在壓差法的試樣兩側存在氣體壓力差，而且一般在等壓法的試樣兩側也存在氣體壓力差，但是由于等壓法缺少有效的壓力差消除手段，因此壓力差更容易對試樣產生影響。通過大量試驗，由試驗數據分析說明壓差法中試樣兩側存在的壓力差對材料的結構以及透氣性試驗數據都沒有影響。
關鍵詞：壓力差,壓差法,等壓法,透氣性

壓差法和等壓法是薄膜透氣性測試通常使用的兩種方法。有種觀點認為軟包裝所采用的高分子聚合物其結構狀態會因壓差法中壓力差的存在而受到影響，進而會影響透氣性測試結果，同時也不符合軟包裝材料的實際應用環境。通過實際試驗數據以及測試方法分析證明這種認識是非常膚淺的，所得出的結論也并不正確。

1．壓力差普遍存在于各類透氣性測試方法中

按照壓差法試驗原理，在試樣的兩側會形成預先設定的測試氣體壓力差，但其氣體壓力差的梯度方向是確定的，因此我們會采取措施來消除壓力差直接作用在材料上的影響。實際試驗證明，在壓差法低壓側采用多孔紙來支撐試樣可以很好地消除壓力差對試樣的影響，使得試樣可以保證不出現變形。在壓差法試驗過程中，試樣在測試腔中的狀態如圖1所示（試樣下側為濾紙）。

圖1. 壓差法試樣狀態

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的壓力就是完全一致而不存在壓力差。實際上，在等壓法中需要通過控制氣體氣流來實現對試樣兩側測試氣體濃度差的控制，不過要使得靜態的氣體流動起來需要動力源，這個動力源就是氣源壓力，因此只有改變壓力才能改變氣流流速。由于標準測試方法中對上下腔的氣流流速要求不同，基于流量的手動調節以及環境溫度、氣壓等種種因素，在實際應用中只有小心嚴格操作才能保證試樣兩側的壓力一致，懸浮放置的試樣才不會變形（試驗過程中的試樣狀態如圖2所示），否則在試樣兩側也有壓力差的存在。然而與通常的認識有所不同的是，壓差法考慮到壓力差這一因素，已經在低壓側添加濾紙支撐試樣。可是試樣在等壓法中兩側都無支撐，所以盡管試樣兩側一般僅存在很小的壓力差，在實際試驗過程中較薄、較軟的試樣出現變形的幾率卻更高（如圖3所示，試樣上凸或者下凹取決于壓力差的梯度方向，是否出現變形可在試驗結束后打開測試腔時觀察到），從而試樣更容易出現拉伸、變薄的情況。

圖2. 等壓法試樣狀態（無壓力差）

圖3. 等壓法試樣狀態（有壓力差）

2．壓差法中壓差對材料的透氣性并無影響

阻隔性測試的檢測對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為壓力差的存在而使得材料狀態結構產生變化，并對壓差法測試中壓差的存在與材料透氣性測試數據的關系進行分析和驗證，需要借助試樣在試驗前后的物理指標進行判斷。我們選擇了兩項zui相關的測量指標進行分析：同一試樣多次測量的試驗結果重復性以及測試前后試樣厚度的變化量。

按照一些人的觀點，由于在試樣兩側存在氣體壓力差會使試樣的微觀結構由松散變的更加緊湊，即是一種將結構松散的物質壓“實”的過程，而且這種結構的變化效果應該隨著加壓時間的延長而更加顯著。若這種觀點成立，則在材料經受較長時間的壓力差作用之后試樣的厚度會減小，同時，由于材料的阻隔性能與材料的物質結構有關，因此透氣性數據應該隨著連續測試次數的增長而呈現出減小的趨勢。

在這次的試驗驗證工作中，我們選擇了鋁箔復合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬于高阻隔、中阻隔、低阻隔三個范圍內的材料，因此通過這組測試數據得出的結論可以適用于透氣性屬于各種范圍的材料。測試設備選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測厚儀。實測數據分別列于表1和表2中。

表1. 透氧量實測數據表

注：1. 透氧量的單位是：ml/m²·24h·0.1MPa。

表2. 試樣厚度實測數據表

注：1. 厚度測量在試樣的有效試驗區域內進行，其他區域受真空酯的污染，測量意義不大。

在本組試驗中每一個試樣連續進行3次透氣性檢測，而且在同一試樣的相鄰兩次試驗中間無更換濾紙、打開測試腔等操作。分析表1中數據不難看出3個試樣的連續試驗數據的重復性都很好，3個試樣的透氧量數據都沒有表現出隨測試次數增加而出現減小的趨勢。不過在進行高阻隔試樣的檢測時，無論采用等壓法還是壓差法，測試數據的重復性都要比中低阻隔材料差，此時傳感器的分辨率成為數據重復性的主要影響因素。

表2中數據顯示試樣的厚度在試驗前后也沒有出現變化。這樣看來有關壓力差的存在會影響材料的狀態進而影響透氣性測試結果的說法是不成立的。

3．總結

    壓差法中試樣兩側存在壓力差對材料的結構以及阻隔性試驗數據是沒有影響的，同時也告誡我們只有以實際測試為基礎才能獲得真實可靠的結論。此外有些人認為壓差法測試環境與包裝材料的實際應用相差太大，在實際包裝應用中材料兩側沒有壓差，其實這也是錯誤的認識，食品、藥品包裝常用的真空包裝、充氣包裝在包裝內外都是存在氣體壓力差的，可見作為技術理論十分成熟的壓差法透氣性測試在全球有著zui為廣泛的應用是有其深刻道理的。