塑料包材透气性能测试研究——压差对透气性能的影响_检测标准_技术工程_行业资讯

包装材料的阻隔性能，在食品包装和药品包装中起着十分重要的作用。阻隔性能包括透气性能和透湿性能，测试方法多种多样。对于材料透气性能的检测，压差法是使用时间最久、使用范围最广的一种测试方法。但是，对压差法的测试数据存在一些质疑，其中之一是^[1]：在测试过程中，由于材料的两侧存在着压差，这会破坏某些较为脆弱的材料的结构，产生小的裂纹、针孔等缺陷；还会使材料产生形变，厚度变薄，透气面积增大，从而影响实验结果。特别是当等压法在美国开始使用后，人们对这些因素的担忧更加严重。究竟压差法中压差的存在对材料透气性能有无影响？由此测得的透气量等数据，是否可靠？这个问题一直没有具体的数据来说明。因此，我们就此问题进行了大量的试验，以期得到明确清晰的结论。

pi = kCi （1）

上式中，k是个常数。也就是说，透过薄膜的气体通量将取决于其两边的分压强。如果在时间t内，透过面积A上的测试气体总量为Q, 有渗透系数P为：

P = （2）

式中，p₁、p₂是薄膜两边被测气体的分压强，分压差为△p = p₁－p₂_，l是薄膜的厚度。可以看出，渗透系数P为单位时间内，在单位分压差的作用下，单位厚度的材料，在其单位面积上透过的测试气体总量Q。

这样，要确定塑料薄膜的透气性能，就要知道薄膜两测的分压差。因此，最早也是最成熟的测定塑料薄膜透气性能方式就是压差法。测试标准有GB/T 1038、ASTM D1434、ISO 2556、ISO 15105-1、JIS K 7126（A法）等。这些标准都是在被测样品的两边维持一个大气压的压差（0.10133MPa），测试在此压差下塑料薄膜或片材的透气性能。

通常，表示材料透气性能主要有三个参数。除了渗透系数P外，还有两个参数：

1 透过率TR（Transmission Rate）：单位时间内在单位面积上透过样品的测试气体总量Q；表示为：Q/(A t)

2 透气量R（Permeance）：单位时间内，在单位分压差的作用下，在单位面积上透过样品的测试气体总量Q；表示为：Q/(A t△p)
三个量之间满足如下关系：

R=TR/△p， P=R×l （3）

从理论上分析，R和P都不会随材料两侧压差的变化而变化，那么实际情况如何呢？我们安排了下面的实验对这个问题进行验证。

二实验安排

实验仪器采用中国山东济南兰光机电技术有限公司生产的VAC-V1压差法气体渗透仪，这是基于压差法的透气性测试仪。常规测试范围在0.1～100000 cm³/m²·24h·0.1MPa，最高可以扩展到600000 cm³/m²·24h·0.1MPa，真空分辨率达0.1Pa，测试腔真空度可保证在20Pa以下。可在室温到50℃范围内进行控温，温控精度为±0.2℃。该设备可测得材料的透气量R、渗气系数P、扩散系数D、溶解度系数S。标准试验方法在低压侧采用多孔纸支撑试样，可以很好地消除压力差对试样的影响，使得试样尽管经受压力依然可以保证不出现明显的形变。

使用设备组成：Labthink VAC-V1压差法气体渗透仪，数据计算处理系统，真空泵（最低真空0.1Pa），纯度为99.9%的氧气。实验设备如图1所示。

图1：VAC-V1气体渗透测试仪

试验在标准实验室中进行，试验室环境是23℃，50%RH。测试腔温度是40℃，测试气体湿度0％RH。选择的测试材料有八种十余件，包括PC（125μm）、PC（175μm）、PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）、PET (70μm) 、PA（35μm）、PE（40μm）、CPP（40μm）、OPP（38μm）等软包装材料中最常用的高聚物，还进行了PE/EVOH/PE（55μm）、PA/PE（80μm）等复合材料的检测，涉及高中低阻隔性范围，试样的透气量

从1.49cm³/m²·24h·0.1MPa至7030cm³/m²·24h·0.1MPa。每种试样分别在压差为30kPa、50 kPa、70 kPa、90 kPa、110 kPa、130 kPa、150 kPa这七个测试点上进行3次以上透气性检测。

三测试数据分析

测得的数据见表1至表3。表1给出了不同材料的透过率TR；表2给出了不同材料的透气量R，表3给出了不同材料的透气系数P。

表1 不同材料样品在不同分压差下的透过率TR (cm3/m2·24h)

材料(厚度 μm)	分压差 (kPa)
材料(厚度 μm)	30	50	70	90	110	130	150
PE (40)	1875.43	3154.45	4391.56	6071.05	7204.33	8418.80	9919.87
CPP (40)	1045.74	1763.57	2416.90	3010.48	3642.43	4437.63	5029.70
OPP (38)	526.69	922.04	1332.30	1686.89	2032.81	2344.06	2718.35
PC (125)	177.01	299.86	415.44	546.37	662.45	782.83	908.68
PC (175)	123.61	217.15	306.77	398.42	489.72	584.72	664.50
PET (12)	42.64	68.56	96.50	122.45	158.16	187.90	218.34
PET (23)	23.18	38.16	53.82	69.16	82.35	97.41	109.71
PET (25)	20.43	33.87	47.30	67.56	75.28	90.68	102.88
PET (70)	8.45	13.18	18.28	23.64	29.67	34.26	39.20
PA (35)	10.12	16.10	22.75	28.12	32.95	39.29	44.65
PE-EVOH-PE (55)		1.29	1.45	1.75	1.79	2.07	2.60
PA-PE (80)	27.95	48.47	66.03	86.97	107.92	128.9	149.5