透氣性測試方法及設備
透氣性測試,也稱作氣體阻隔性測試或是氣體透過性測試,主要是考察薄膜、薄片對常見無機氣體的阻隔性能,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、氮氣透過性能進行檢測。
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)。隨著微量氧探測技術的發(fā)展,微量氧傳感器逐 步應用在材料的透氧性測試領域中,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(wěn)定后,在低壓側單位時間內壓強的變化量;
R ——氣體常數(shù)。
真空法是采用負壓差方法來實現(xiàn)試樣兩側 0.1MPa 的壓差,當然也可以通過正壓差的方法來實現(xiàn),最常用的正壓差法是體積法。由于體積法無需對滲透腔抽真空,也不用進行真空度的保持,所以降低了設備制造及試驗的難度。相關的測試標準有 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。隨著真空規(guī)檢測技術的進步、以及高真空技術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(shù) 據的重復性。它的突出優(yōu)點是能夠通過一次測試得出材料的滲透系數(shù)、擴散系數(shù)、溶解度系數(shù)3項阻隔性指標。
在選購真空壓差法透氣性測試設備時,需要注意以下參數(shù)指標:測試腔能達到的真空度、真空規(guī)的精度及量程、“空白試驗”數(shù)據及測試數(shù)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(xiàn)了所采用真空泵的抽真空能力,還體現(xiàn)了測試腔體以及相關管路的密封性能,如果機械結構中存在泄漏點,則試驗結果將會受到嚴重的干擾,無法體現(xiàn)材料的真實阻隔性。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(guī)的精度應不低于6Pa,目前比較優(yōu)秀的真空規(guī)的分辨率是其滿量程的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(guī)的量程一般要小于6kPa。“空白試驗”數(shù)據以及測試數(shù)據的重復性是衡量設備經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,可以參閱2005年1月17日及2月21日蘭光實驗室論壇文章。選購正壓差法設備時,由于這種方法無須抽真空,因而只需要關注壓力傳感器的精度和量程、“空白試驗”數(shù)據以及測試數(shù)據的重復性等指標就可以了。
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