改性聚丙烯薄膜對(duì)材料阻氧性能的影響分析

摘要：材料改性是改善薄膜材料性能的重要途徑，本文通過(guò)對(duì)改性前的聚丙烯薄膜、納米SiO_x改性聚丙烯薄膜氧氣透過(guò)率的測(cè)試，分析了添加納米SiO_x對(duì)聚丙烯材料阻氧性能的影響，并介紹了試驗(yàn)原理、試驗(yàn)參數(shù)、適用范圍，試驗(yàn)過(guò)程等內(nèi)容，為相關(guān)研究與應(yīng)用行業(yè)檢測(cè)材料的氧氣透過(guò)率及改性方式的篩選提供參考。

關(guān)鍵詞：氧氣透過(guò)率、阻氧性能、壓差法氣體滲透儀、聚丙烯、納米SiOx改性聚丙烯、阻隔性能

1、意義

聚丙烯材料是一種被普遍使用的高分子材料，具有強(qiáng)度高，耐磨性好，阻濕性高，耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)，而在柔韌性、抗沖擊性能、阻氧性能等方面不盡如人意，為了改善聚丙烯材料的性能，提高其使用效果，常通過(guò)材料改性方式對(duì)原材料進(jìn)行性能提升。

材料改性方式包括接枝改性、共聚改性、交聯(lián)改性、共混改性等，改性材料包括云母、碳酸鈣、EVA等高分子材料、無(wú)機(jī)納米材料、玻璃纖維等，其中納米SiO_x為改性聚丙烯材料常用材料之一，可顯著提高材料的強(qiáng)度。本文通過(guò)對(duì)納米SiO_x改性前后聚丙烯材料氧氣透過(guò)率的測(cè)試，分析這種改性方式對(duì)聚丙烯材料的阻氧性能的影響及實(shí)際效果。

2、試驗(yàn)樣品

普通聚丙烯薄膜、納米SiO_x改性聚丙烯薄膜。

3、試驗(yàn)依據(jù)

目前薄膜材料氧氣透過(guò)率的測(cè)試方法包括壓差法、等壓法兩種，本文采用壓差法原理對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試，所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為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》。

4、試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)設(shè)備為VAC-V2壓差法氣體滲透儀，該設(shè)備由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗(yàn)原理

壓差法原理是指試驗(yàn)過(guò)程中試樣兩側(cè)保持一定壓力差，通過(guò)測(cè)試低壓側(cè)壓力變化情況，測(cè)試試樣氣體透過(guò)量的試驗(yàn)方法。設(shè)備的測(cè)試腔被裝夾的試樣分成上、下兩個(gè)腔，其中上腔為高壓腔，充填一定壓力的試驗(yàn)氣體，下腔為低壓腔，通過(guò)抽真空形成低壓環(huán)境，試驗(yàn)氣體從高壓腔通過(guò)試樣滲透到低壓腔，通過(guò)監(jiān)測(cè)低壓腔內(nèi)壓力隨時(shí)間的變化情況，得到試樣的氣體透過(guò)量。

4.2 試驗(yàn)參數(shù)

設(shè)備的測(cè)試范圍為0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達(dá)到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH~98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗(yàn)條件下的檢測(cè)需求；有三個(gè)*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時(shí)測(cè)試三種相同或不同的試樣；可進(jìn)行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得測(cè)試條件下的試驗(yàn)結(jié)果；經(jīng)過(guò)改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測(cè)試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和檢測(cè)報(bào)告。

4.3 適用范圍

(1) 本設(shè)備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過(guò)率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)試。薄膜類包括各種塑料薄膜、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。片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設(shè)備還可擴(kuò)展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測(cè)試。

(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過(guò)率測(cè)試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒑?、空氣等?/span>

(4) 本設(shè)備可滿足多項(xiàng)國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、試驗(yàn)過(guò)程

5.1 普通聚丙烯薄膜的測(cè)試

(1) 裁樣 從普通聚丙烯薄膜樣品表面裁取直徑為97 mm的試樣3片。

(2) 裝樣 在設(shè)備3個(gè)測(cè)試腔表面涂抹一層真空油脂，并分別在測(cè)試區(qū)域放置一片濾紙，將裁制的3片試樣分別粘貼在測(cè)試腔表面，排除測(cè)試腔與試樣間的空氣，并用夾緊裝置夾緊。

(3) 試驗(yàn) 在設(shè)備控制軟件中設(shè)置試樣名稱、厚度、抽真空時(shí)間等參數(shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，打開真空泵，試驗(yàn)開始，設(shè)備自動(dòng)按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并在試驗(yàn)結(jié)束后顯示測(cè)試結(jié)果。

5.2 納米SiO_x改性聚丙烯薄膜的測(cè)試

按照5.1中裁樣—裝樣—試驗(yàn)過(guò)程測(cè)試納米SiO_x改性聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過(guò)量。

6、試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)所測(cè)試的普通聚丙烯薄膜試樣的試驗(yàn)結(jié)果分別為543.2 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、561.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、549.1 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧氣透過(guò)量取測(cè)試結(jié)果的平均值551.3 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，納米SiO_x改性聚丙烯薄膜試樣的試驗(yàn)結(jié)果分別為512.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、520.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、506.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧氣透過(guò)量取測(cè)試結(jié)果的平均值513.5cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，納米SiO_x改性聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過(guò)量低于普通聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過(guò)量，說(shuō)明改性后聚丙烯薄膜的阻氧性能有所提高；每種樣品三個(gè)測(cè)試結(jié)果間的偏差較小，重復(fù)性好；從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備易于操作，自動(dòng)化程度高。材料所采用的改性方式、改性材料不同會(huì)對(duì)材料的阻隔性產(chǎn)生不同的影響，通過(guò)對(duì)材料氣體透過(guò)量的測(cè)試可量化阻隔性能的變化情況，為改性材料的研發(fā)及質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測(cè)設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)與包裝檢測(cè)服務(wù)的優(yōu)良企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備包括水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀、氧氣透過(guò)量檢測(cè)設(shè)備、氣體透過(guò)量檢測(cè)設(shè)備、智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)、摩擦系數(shù)儀、熱封試驗(yàn)儀、密封試驗(yàn)儀、抗沖擊試驗(yàn)儀等等。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)溝通與合作。