摘要: 本文論證了不但在壓差法的試樣兩側(cè)存在氣體壓力差，而且一般在等壓法的試樣兩側(cè)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(chǎn)生影響。通過大量試驗(yàn)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析說明壓差法中試樣兩側(cè)存在的壓力差對材料的結(jié)構(gòu)以及透氣性試驗(yàn)數(shù)據(jù)都沒有影響。
關(guān)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(diǎn)認(rèn)為軟包裝所采用的高分子聚合物其結(jié)構(gòu)狀態(tài)會(huì)因壓差法中壓力差的存在而受到影響，進(jìn)而會(huì)影響透氣性測試結(jié)果，同時(shí)也不符合軟包裝材料的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。通過實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及測試方法分析證明這種認(rèn)識(shí)是非常膚淺的，所得出的結(jié)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(yàn)原理，在試樣的兩側(cè)會(huì)形成預(yù)先設(shè)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(huì)采取措施來消除壓力差直接作用在材料上的影響。實(shí)際試驗(yàn)證明，在壓差法低壓側(cè)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(xiàn)變形。在壓差法試驗(yàn)過程中。
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(cè)的壓力就是*一致而不存在壓力差。實(shí)際上，在等壓法中需要通過控制氣體氣流來實(shí)現(xiàn)對試樣兩側(cè)測試氣體濃度差的控制，不過要使得靜態(tài)的氣體流動(dòng)起來需要?jiǎng)恿υ矗@個(gè)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)調(diào)節(jié)以及環(huán)境溫度、氣壓等種種因素，在實(shí)際應(yīng)用中只有小心嚴(yán)格操作才能保證試樣兩側(cè)的壓力一致，懸浮放置的試樣才不會(huì)變形（試驗(yàn)過程中的試樣狀態(tài)如圖2所示），否則在試樣兩側(cè)也有壓力差的存在。然而與通常的認(rèn)識(shí)有所不同的是，壓差法考慮到壓力差這一因素，已經(jīng)在低壓側(cè)添加濾紙支撐試樣。可是試樣在等壓法中兩側(cè)都無支撐，所以盡管試樣兩側(cè)一般僅存在很小的壓力差，在實(shí)際試驗(yàn)過程中較薄、較軟的試樣出現(xiàn)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(xiàn)變形可在試驗(yàn)結(jié)束后打開測試腔時(shí)觀察到），從而試樣更容易出現(xiàn)拉伸、變薄的情況。
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?yàn)閴毫Σ畹拇嬖诙沟貌牧蠣顟B(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)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(shù)據(jù)的關(guān)系進(jìn)行分析和驗(yàn)證，需要借助試樣在試驗(yàn)前后的物理指標(biāo)進(jìn)行判斷。我們選擇了兩項(xiàng)zui相關(guān)的測量指標(biāo)進(jìn)行分析：同一試樣多次測量的試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性以及測試前后試樣厚度的變化量。
按照一些人的觀點(diǎn)，由于在試樣兩側(cè)存在氣體壓力差會(huì)使試樣的微觀結(jié)構(gòu)由松散變的更加緊湊，即是一種將結(jié)構(gòu)松散的物質(zhì)壓“實(shí)”的過程，而且這種結(jié)構(gòu)的變化效果應(yīng)該隨著加壓時(shí)間的延長而更加顯著。若這種觀點(diǎn)成立，則在材料經(jīng)受較長時(shí)間的壓力差作用之后試樣的厚度會(huì)減小，同時(shí)，由于材料的阻隔性能與材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此透氣性數(shù)據(jù)應(yīng)該隨著連續(xù)測試次數(shù)的增長而呈現(xiàn)出減小的趨勢。
在這次的試驗(yàn)驗(yàn)證工作中，我們選擇了鋁箔復(fù)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(gè)范圍內(nèi)的材料，因此通過這組測試數(shù)據(jù)得出的結(jié)論可以適用于透氣性屬于各種范圍的材料。測試設(shè)備選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測厚儀。實(shí)測數(shù)據(jù)分別列于表1和表2中。
表1. 透氧量實(shí)測數(shù)據(jù)表
| 試樣 | 透氧量1 | 試驗(yàn)溫度 | CV（％） |
| 鋁箔復(fù)合膜 | 0.150 | 27℃ | 14.72 |
| 0.202 | 28.1℃ |
| 0.179 | 27.3℃ |
| PET薄膜 | 58.467 | 30.2℃ | 1.65 |
| 58.770 | 29.6℃ |
| 60.291 | 30.1℃ |
| PC薄膜 | 521.122 | 30.3℃ | 1.43 |
| 536.198 | 30.4℃ |
| 529.115 | 30.3℃ |
注：1. 透氧量的單位是：ml/m2·24h·0.1MPa。
表2. 試樣厚度實(shí)測數(shù)據(jù)表
| 試樣 | 厚度（μm） |
| 試驗(yàn)前 | 試驗(yàn)后1 | Δd |
| 鋁箔復(fù)合膜 | 97.9 | 97.9 | 0 |
| PET薄膜 | 25.6 | 25.7 | 0.1 |
| PC薄膜 | 128.3 | 128.3 | 0 |
注：1. 厚度測量在試樣的有效試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，其他區(qū)域受真空酯的污染，測量意義不大。
在本組試驗(yàn)中每一個(gè)試樣連續(xù)進(jìn)行3次透氣性檢測，而且在同一試樣的相鄰兩次試驗(yàn)中間無更換濾紙、打開測試腔等操作。分析表1中數(shù)據(jù)不難看出3個(gè)試樣的連續(xù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性都很好，3個(gè)試樣的透氧量數(shù)據(jù)都沒有表現(xiàn)出隨測試次數(shù)增加而出現(xiàn)減小的趨勢。不過在進(jìn)行高阻隔試樣的檢測時(shí)，無論采用等壓法還是壓差法，測試數(shù)據(jù)的重復(fù)性都要比中低阻隔材料差，此時(shí)傳感器的分辨率成為數(shù)據(jù)重復(fù)性的主要影響因素。
表2中數(shù)據(jù)顯示試樣的厚度在試驗(yàn)前后也沒有出現(xiàn)變化。這樣看來有關(guān)壓力差的存在會(huì)影響材料的狀態(tài)進(jìn)而影響透氣性測試結(jié)果的說法是不成立的。
3．總結(jié)
壓差法中試樣兩側(cè)存在壓力差對材料的結(jié)構(gòu)以及阻隔性試驗(yàn)數(shù)據(jù)是沒有影響的，同時(shí)也告誡我們只有以實(shí)際測試為基礎(chǔ)才能獲得真實(shí)可靠的結(jié)論。此外有些人認(rèn)為壓差法測試環(huán)境與包裝材料的實(shí)際應(yīng)用相差太大，在實(shí)際包裝應(yīng)用中材料兩側(cè)沒有壓差，其實(shí)這也是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，食品、藥品包裝常用的真空包裝、充氣包裝在包裝內(nèi)外都是存在氣體壓力差的，可見作為技術(shù)理論十分成熟的壓差法透氣性測試在有著的應(yīng)用是有其深刻道理的。
