不同厚度薄膜材料阻隔性能的比較研究

　　摘要：增減薄膜材料厚度是改善包裝阻隔性能的重要措施之一，然而材料厚度的增加勢必會提高包裝成本并加重環境負擔。本文通過對不同厚度薄膜材料氧氣透過量的測試，探究增加復合膜材料中不同單層膜結構的厚度對包裝整體阻氧性的影響，并介紹了設備VAC-V2壓差法氣體滲透儀的試驗原理、參數及適用范圍、試驗過程等內容，為如何有效提高包裝材料的阻隔性能提供參考。

　　關鍵詞：薄膜材料，厚度，阻隔性，氧氣透過率，氧氣透過量，阻氧性，壓差法氣體滲透儀，復合膜

1、意義

　　阻隔性能是包裝材料保護內部產品的基本性能之一，不同產品性狀的差異決定了其對所用包裝材料的阻隔性能要求的差異。包裝材料的阻隔性能與材質結構、厚度等因素有關，對于材質相同的薄膜材料而言，厚度增加，阻隔性能有所提高。

　　復合膜材料是被大多數產品普遍采用的塑料包裝，其通過將不同種類的單層膜材料復合制成的包裝形式可充分利用不同材料的優勢性能以滿足產品的包裝要求。由于不同種類單層膜在包裝結構中發揮的主要作用不同，增加不同結構層材料的厚度對提高包裝整體阻隔性的效果迥異。因此，盲目增加包材厚度可能既達不到預期的阻隔性，又嚴重影響包裝的環保性并提高了包裝成本。本文通過對不同厚度薄膜材料氧氣透過量的測試，對比分析不同結構層厚度增加對包裝阻氧性能的影響。

2、試驗樣品

　　本次試驗以PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三種不同厚度與結構的復合膜材料為樣品，測試其氧氣透過量。

3、試驗依據

　　本文采用壓差法原理對樣品進行測試，試驗過程依據標準GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》進行。

4、試驗設備

　　本次試驗利用VAC-V2壓差法氣體滲透儀對樣品進行測試，該設備由濟南蘭光機電技術有限公司自主研發生產。

4.1 試驗原理

　　壓差法是通過壓力差實現氣體滲透過程，并根據氣體壓力的變化計算氣體透過量。將試樣裝夾在設備的測試腔之間，使測試腔分為上、下兩個腔，下腔通過抽真空形成低壓環境，上腔充入一定壓力的試驗氣體形成高壓環境，試驗氣體從高壓腔通過試樣滲透到低壓腔，引起低壓腔壓力變化，根據所測得低壓腔壓力隨滲透時間的變化情況，可計算試樣的氣體透過量等相關參數。

4.2 適用范圍

(1) 本設備專業用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數、溶解度系數、擴散系數的測試。

• 薄膜類：如各種塑料薄膜、紙塑復合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復合膜等膜狀材料。
• 片材類：如各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設備還可擴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試。

(3) 本設備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設備滿足多項國家和標準，如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3設備參數

　　測試范圍為0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達到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、RH，控濕精度為±1%RH，可滿足試樣不同試驗條件下的檢測需求；有三個*獨立的試驗腔，可同時測試三種相同或不同的試樣；可進行任意溫度下的數據擬合，輕松獲得測試條件下的試驗結果；經過改制，本設備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標準膜進行快速校準，保證檢測數據的準確性和通用性；支持Lystem^TM實驗室數據共享系統，統一管理試驗結果和檢測報告。

5、試驗過程

　　(1) 用取樣器從待測試的三種樣品表面各裁取直徑為97 mm的試樣一片。

　　(2) 在設備的三個測試腔周邊均涂抹一層薄薄的真空油脂，然后在每個測試腔上依次放入濾紙、試樣，輕輕按壓試樣，趕走試樣與測試腔接觸部位的氣泡，合上測試腔上蓋，并擰緊。

圖2 試樣裝夾過程

　　(3) 設置試樣名稱、試樣厚度、試驗溫度、試驗濕度等參數信息，打開真空泵，點擊開始試驗選項，試驗開始。設備按照設定的參數進行試驗，并在試驗結束后顯示試驗結果。

6、試驗結果

　　所測試PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三種樣品的氧氣透過量分別為106.297 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、87.406 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、45.617 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結論

　　從試驗結果來看，與PET(12µm)/PE(45µm)樣品相比，材料厚度增加的PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)兩種樣品的氧氣透過量均降低，其中PE層厚度增加15 μm樣品的氧氣透過量降低幅度較低，而PET層厚度增加13 μm樣品的氧氣透過量降低幅度較高。這說明試樣厚度增加提高了包裝整體的阻氧性能，由于PET層在所測試樣品中承擔主要的阻氧作用，增加PET層厚度更加有利于提升包裝整體的阻氧性能。

　　從試驗過程來看，本次研究僅通過一次試驗獲得了三種樣品的氧氣透過量測試結果，試驗效率高。濟南蘭光機電技術有限公司是一家專業從事包裝檢測設備研發生產與包裝檢測服務的高新技術企業，現有設備除本文所采用的壓差法氣體滲透儀外，還包括氧氣透過率測試系統，水蒸氣透過率測試系統、智能電子拉力試驗機、摩擦系數儀、厚度測試儀、沖擊試驗儀、密封試驗儀、熱封強度測試儀、熱縮試驗儀、熱粘強度測試儀、頂空氣體分析儀等檢測設備，了解相關設備及檢測服務信息，可登陸濟南蘭光公司站點查看或致電咨詢。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業中的企事業單位增進技術溝通與合作。