摘要：薄膜的厚度是影響氧氣透過(guò)量的重要因素。本文分別測(cè)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(guò)量，對(duì)比了該材質(zhì)薄膜的氧氣透過(guò)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(guò)程等內(nèi)容，為材料氧氣透過(guò)量的研究及測(cè)試提供參考。

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

1、意義

對(duì)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(zhǎng)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(guò)材料的氣體量，提高了材料對(duì)氣體的阻隔性能。然而，材料厚度增加勢(shì)必會(huì)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(duì)性測(cè)試了相同材質(zhì)材料、不同厚度薄膜對(duì)應(yīng)的氧氣透過(guò)量，并繪制厚度與氧氣透過(guò)量關(guān)系趨勢(shì)圖，以評(píng)價(jià)厚度對(duì)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(cè)試厚度為10μm、12μm、15μm、25μm樣品的氧氣透過(guò)量。

3、試驗(yàn)依據(jù)

目前，軟塑包裝材料氧氣透過(guò)量的測(cè)試方法包括壓差法、等壓法(庫(kù)侖計(jì)法)，本次試驗(yàn)采用壓差法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)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(guò)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(cè)試樣品的氧氣透過(guò)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(cè)試原理，將預(yù)先處理好的試樣放置在上下測(cè)試腔之間，夾緊。首先對(duì)低壓腔（下腔）進(jìn)行真空處理，然后對(duì)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(cè)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(huì)在壓差梯度的作用下，由高壓側(cè)向低壓側(cè)滲透，通過(guò)對(duì)低壓側(cè)內(nèi)壓強(qiáng)的監(jiān)測(cè)處理，從而得出所測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)率測(cè)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(duì)易燃易爆氣體的阻隔性能測(cè)試

生物降解膜——適用于生物降解膜的透氣性能測(cè)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(guò)率測(cè)試，如飛艇氣囊的氦氣透過(guò)性測(cè)試

紙及紙板——適用于紙及紙塑等復(fù)合材料的透氣性測(cè)試，如煙包鋁箔紙、利樂(lè)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(cè)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(cè)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(guò)性測(cè)試

各種橡膠片材——適用于各種橡膠片材的透氣性測(cè)試，如汽車(chē)輪胎透氣性測(cè)試

5、試驗(yàn)過(guò)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(cè)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(cè)試腔中，擰緊測(cè)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(chēng)、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(kāi)真空泵，啟動(dòng)試驗(yàn)。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)試樣的氧氣滲透性能進(jìn)行測(cè)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(cè)試厚度為12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過(guò)量。

6、試驗(yàn)結(jié)果

取每種樣品3片試樣測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為該樣品的氧氣透過(guò)量。本次所測(cè)得厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過(guò)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(duì)應(yīng)的氧氣透過(guò)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(duì)4種厚度不同的相同材質(zhì)薄膜樣品的氧氣透過(guò)量進(jìn)行了測(cè)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(duì)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(guò)量降低，說(shuō)明樣品對(duì)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(guò)量的變化趨勢(shì)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(duì)提高樣品阻氧性能的影響變小。

濟(jì)南賽成儀器一直致力于為大部分國(guó)家客戶(hù)提供高性?xún)r(jià)比的整體解決方案，公司的核心宗旨就是持續(xù)創(chuàng)新，打造高精尖檢測(cè)儀器，滿足行業(yè)內(nèi)不同客戶(hù)的品控需求，期待與行業(yè)內(nèi)的企事業(yè)單位增進(jìn)交流和合作。

賽成儀器，賽出品質(zhì)，成就未來(lái)！

對(duì)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(zhǎng)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(guò)材料的氣體量，提高了材料對(duì)氣體的阻隔性能。然而，材料厚度增加勢(shì)必會(huì)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(duì)性測(cè)試了相同材質(zhì)材料、不同厚度薄膜對(duì)應(yīng)的氧氣透過(guò)量，并繪制厚度與氧氣透過(guò)量關(guān)系趨勢(shì)圖，以評(píng)價(jià)厚度對(duì)材料阻氧性的影響。

1、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(cè)試厚度為10μm、12μm、15μm、25μm樣品的氧氣透過(guò)量。

2、試驗(yàn)依據(jù)

目前，軟塑包裝材料氧氣透過(guò)量的測(cè)試方法包括壓差法、等壓法(庫(kù)侖計(jì)法)，本次試驗(yàn)采用壓差法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)過(guò)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(guò)性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行。

3、試驗(yàn)設(shè)備

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

3.1 試驗(yàn)原理

壓差法原理即根據(jù)壓力傳感器所測(cè)得氣體壓力的變化情況得到材料的氣體滲透性能相關(guān)參數(shù)，也是通過(guò)壓力差使氣體在試樣兩側(cè)發(fā)生滲透。將試樣裝夾在設(shè)備的測(cè)試腔中，使設(shè)備的上、下腔分開(kāi)，上腔中充填測(cè)試氣體，下腔通過(guò)抽真空形成低壓環(huán)境，上腔的氣體通過(guò)試樣滲透到下腔中，下腔中的氣體壓力因此而發(fā)生變化。通過(guò)下腔中的壓力傳感器對(duì)下腔氣體壓力隨滲透時(shí)間的增加情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即可計(jì)算得到試樣的氣體透過(guò)量、氣體滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)及溶解度系數(shù)等氣體滲透參數(shù)。

3.2設(shè)備參數(shù)

測(cè)試范圍 0.1 ~ 10,000 cm3/m2·24h·0.1MPa（常規(guī)）

試樣件數(shù) 1件

真空分辨率 0.05 Pa

測(cè)試腔真空度 <10 Pa

控溫范圍 室溫 ~ 50°C

控溫精度 ±0.5°C

試樣尺寸 Φ95 mm

透過(guò)面積 33.18 cm2

試驗(yàn)氣體 O2、N2、CO2等氣體 (氣源用戶(hù)自備）

試驗(yàn)壓力 0.4 MPa ~ 0.6 MPa

接口尺寸 Ф6 mm聚氨酯管

外形尺寸 400 mm (L) × 475 mm (W) × 450 mm (H)

電源 AC 220V 50Hz

凈重 75 kg

4、試驗(yàn)過(guò)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(cè)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(cè)試腔中，擰緊測(cè)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(chēng)、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(kāi)真空泵，啟動(dòng)試驗(yàn)。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)試樣的氧氣滲透性能進(jìn)行測(cè)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(cè)試厚度為12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過(guò)量。

5、試驗(yàn)結(jié)果

取每種樣品3片試樣測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值為該樣品的氧氣透過(guò)量。本次所測(cè)得厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過(guò)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)。

6、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(duì)4種厚度不同的相同材質(zhì)薄膜樣品的氧氣透過(guò)量進(jìn)行了測(cè)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(duì)氧氣的阻隔性能。隨著厚度的增加，樣品的氧氣透過(guò)量降低，說(shuō)明樣品對(duì)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(guò)量的變化趨勢(shì)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(duì)提高樣品阻氧性能的影響變小。

濟(jì)南賽成儀器一直致力于為大部分國(guó)家客戶(hù)提供高性?xún)r(jià)比的整體解決方案，公司的核心宗旨就是持續(xù)創(chuàng)新，打造高精尖檢測(cè)儀器，滿足行業(yè)內(nèi)不同客戶(hù)的品控需求，期待與行業(yè)內(nèi)的企事業(yè)單位增進(jìn)交流和合作。

賽成儀器，賽出品質(zhì)，成就未來(lái)！