薄膜厚度對氧氣透過量的影響研究

摘要：薄膜的厚度是影響氧氣透過量的重要因素。本文分別測試了厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm的同種材質(zhì)的薄膜材料的氧氣透過量，對比了該材質(zhì)薄膜的氧氣透過量隨相應(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)過程等內(nèi)容，為材料氧氣透過量的研究及測試提供參考。

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

1、意義

　　對于材質(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，從而降低了滲透過材料的氣體量，提高了材料對氣體的阻隔性能。然而，材料厚度增加勢必會(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。本文針對性測試了相同材質(zhì)材料、不同厚度薄膜對應(yīng)的氧氣透過量，并繪制厚度與氧氣透過量關(guān)系趨勢圖，以評價(jià)厚度對材料阻氧性的影響。

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，分別測試厚度為10μm、12μm、15μm、25μm樣品的氧氣透過量。

3、試驗(yàn)依據(jù)

　　目前，軟塑包裝材料氧氣透過量的測試方法包括壓差法、等壓法(庫侖計(jì)法)，本次試驗(yàn)采用壓差法對樣品進(jìn)行測試，試驗(yàn)過程依據(jù)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行。

4、試驗(yàn)設(shè)備

　　本文采用VAC-V2壓差法氣體滲透儀測試樣品的氧氣透過量，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)。

4.1 試驗(yàn)原理

　　壓差法原理即根據(jù)壓力傳感器所測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)備的測試腔中，使設(shè)備的上、下腔分開，上腔中充填測試氣體，下腔通過抽真空形成低壓環(huán)境，上腔的氣體通過試樣滲透到下腔中，下腔中的氣體壓力因此而發(fā)生變化。通過下腔中的壓力傳感器對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，即可計(jì)算得到試樣的氣體透過量、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)。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.2 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率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)的測試。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試。

　　(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒑狻⒖諝獾取?/span>

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

4.3設(shè)備參數(shù)

　　測試范圍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、RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗(yàn)條件下的檢測需求；有三個(gè)*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時(shí)測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，輕松獲得測試條件下的試驗(yàn)結(jié)果；經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(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)果和檢測報(bào)告。

5、試驗(yàn)過程

　　(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)測試腔中，擰緊測試腔蓋。

　　(2) 設(shè)備連接氧氣氣源。在控制軟件中設(shè)置試樣名稱、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)，打開真空泵，啟動(dòng)試驗(yàn)。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)對試樣的氧氣滲透性能進(jìn)行測試，并在試驗(yàn)結(jié)束后顯示試驗(yàn)結(jié)果。

　　(3) 按照(1)、(2)中的步驟依次測試厚度為12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過量。

6、試驗(yàn)結(jié)果

　　取每種樣品3片試樣測試結(jié)果的算術(shù)平均值為該樣品的氧氣透過量。本次所測得厚度為10 μm、12 μm、15 μm、25 μm樣品的氧氣透過量分別為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)樣品厚度及對應(yīng)的氧氣透過量作圖，如圖2所示。

7、結(jié)論

　　本次試驗(yàn)利用壓差法設(shè)備VAC-V2壓差法氣體滲透儀對4種厚度不同的相同材質(zhì)薄膜樣品的氧氣透過量進(jìn)行了測試，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，樣品的氧氣透過量降低，說明樣品對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，樣品氧氣透過量的變化趨勢變緩，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，厚度的變化對提高樣品阻氧性能的影響變小。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測服務(wù)的高新(分隔符)技術(shù)企業(yè)，成立30年來積累了大量寶貴而豐富的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，在先進(jìn)傳感器技術(shù)及設(shè)計(jì)理念的指引下，厚積薄發(fā)，推出了全新一代的C系列阻隔性檢測設(shè)備，該系列檢測設(shè)備采用自主傳感器技術(shù)，在測試精度、效率與自動(dòng)化方面進(jìn)行了革命性升級(jí)，實(shí)現(xiàn)了包裝阻隔性設(shè)備的震撼蛻變。了解相關(guān)設(shè)備信息，可登陸濟(jì)南蘭光公司站查看具體信息或致電咨詢。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。