摘要：薄膜的厚度是影響氧氣透過量的重要因素。本文分別測試了厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm的同種材質(zhì)的薄膜材料的氧氣透過量，對比了該材質(zhì)薄膜的氧氣透過量隨相應(yīng)厚度變化情況，并介紹了試驗(yàn)原理、相關(guān)壓差氣體滲透儀的參數(shù)及適用范圍、試驗(yàn)過程等內(nèi)容，為材料氧氣透過量的研究及測試提供參考。

關(guān)鍵詞：厚度、氧氣透過量、壓差法、壓差法氣體滲透儀、薄膜材料、阻氧性能

1、意義

對于材質(zhì)結(jié)構(gòu)相同的包裝材料而言，材料的厚度是影響其阻隔性能的重要因素。材料的厚度增加，延長了氣體在包裝材料中的滲透路徑，使得氣體從試樣的一側(cè)滲透到另一側(cè)的時(shí)間增加，從而降低了滲透過材料的氣體量，提高了材料對氣體的阻隔性能。然而，材料厚度增加勢必會提高包裝成本，且環(huán)保性降低，因此，在選用包裝時(shí)如何協(xié)調(diào)控制包裝成本、保證包裝環(huán)保性及阻隔性三者的關(guān)系，則需要研究材料厚度與其阻隔性能的關(guān)系。本文針對性測試了相同材質(zhì)材料、不同厚度薄膜對應(yīng)的氧氣透過量，并繪制厚度與氧氣透過量關(guān)系趨勢圖，以評價(jià)厚度對材料阻氧性的影響。

2、試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)以某種單層膜材料為試驗(yàn)樣品，分別測試厚度為10μm、12μm、15μm、25μm樣品的氧氣透過量。

3、試驗(yàn)依據(jù)

目前，軟塑包裝材料氧氣透過量的測試方法包括壓差法、等壓法(庫侖計(jì)法)，本次試驗(yàn)采用壓差法對樣品進(jìn)行測試，試驗(yàn)過程依據(jù)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行。

4、試驗(yàn)設(shè)備

本文采用GPT-203壓差法氣體滲透儀測試樣品的氧氣透過量，該設(shè)備由濟(jì)南賽成電子科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

4.1 試驗(yàn)原理

儀器采用壓差法測試原理，將預(yù)先處理好的試樣放置在上下測試腔之間，夾緊。首先對低壓腔（下腔）進(jìn)行真空處理，然后對整個(gè)系統(tǒng)抽真空；當(dāng)達(dá)到規(guī)定的真空度后，關(guān)閉測試下腔，向高壓腔（上腔）充入一定壓力的試驗(yàn)氣體，并保證在試樣兩側(cè)形成一個(gè)恒定的壓差（可調(diào)）；這樣氣體會在壓差梯度的作用下，由高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，通過對低壓側(cè)內(nèi)壓強(qiáng)的監(jiān)測處理，從而得出所測試樣的各項(xiàng)阻隔性參數(shù)。

4.2 適用范圍

基礎(chǔ)應(yīng)用

薄膜——適用于各種塑料薄膜、塑料復(fù)合薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料的氣體滲透性能測試

片材——適用于各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料的氣體滲透性能測試，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等

擴(kuò)展應(yīng)用

多種不同氣體——適合于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、空氣、氦氣?/p>

易燃易爆氣體——適用于各種薄膜對易燃易爆氣體的阻隔性能測試

生物降解膜——適用于生物降解膜的透氣性能測試，如淀粉生物降解袋等

航空航天用材料——適用于航空航天用材料的氣體透過率測試，如飛艇氣囊的氦氣透過性測試

紙及紙板——適用于紙及紙塑等復(fù)合材料的透氣性測試，如煙包鋁箔紙、利樂包裝片材、方便面紙碗、一次性紙杯等

漆膜——適用于基材上涂覆油漆薄膜的透氣性測試

玻纖布、玻纖紙等材料——適用于玻纖布、玻纖紙等材料的透氣性測試，如特氟龍漆布、特氟龍高溫布、氟硅膠布等

化妝品軟管片材——適用于各種化妝品軟管、鋁塑管、牙膏管片材的氣體透過性測試

各種橡膠片材——適用于各種橡膠片材的透氣性測試，如汽車輪胎透氣性測試

5、試驗(yàn)過程

(1) 從厚度為10 μm的樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣，在設(shè)備的三個(gè)測試腔周邊均勻涂抹真空油脂，并各放置一片支撐用濾紙，然后將3片試樣分別裝夾在3個(gè)測試腔中，擰緊測試腔蓋。

(2) 設(shè)備連接氧氣氣源。在控制軟件中設(shè)置試樣名稱、試樣厚度、試驗(yàn)溫度、濕度及試驗(yàn)?zāi)Ｊ降葏?shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，打開真空泵，啟動試驗(yàn)。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)對試樣的氧氣滲透性能進(jìn)行測試，并在試驗(yàn)結(jié)束后顯示試驗(yàn)結(jié)果。

(3) 按照(1)、(2)中的步驟依次測試厚度為12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過量。

6、試驗(yàn)結(jié)果

取每種樣品3片試樣測試結(jié)果的算術(shù)平均值為該樣品的氧氣透過量。本次所測得厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過量分別為84.608 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、67.069 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、56.483 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、29.164 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。根據(jù)樣品厚度及對應(yīng)的氧氣透過量作圖，如圖2所示。

7、結(jié)論

本次試驗(yàn)利用壓差法設(shè)備GPT-203 壓差法氣體滲透儀對4種厚度不同的相同材質(zhì)薄膜樣品的氧氣透過量進(jìn)行了測試，設(shè)備易于操作，試驗(yàn)效率高，試驗(yàn)結(jié)果的精度高，重復(fù)性好，可以真實(shí)的反映出樣品對氧氣的阻隔性能。從圖2中可以看出，隨著厚度的增加，樣品的氧氣透過量降低，說明樣品對氧氣的阻隔性能隨樣品厚度的增加而提高；另外，隨著厚度的增加，樣品氧氣透過量的變化趨勢變緩，即在樣品厚度較薄時(shí)，厚度增加，樣品的阻氧性能提高明顯，但隨著厚度的繼續(xù)增加，厚度的變化對提高樣品阻氧性能的影響變小。

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