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  • 發布時間:2020-06-08 11:58 原文鏈接: 壓差法中壓力差的存在不會影響材料透氣性

    有些人認為壓差法中氣體壓力差的存在會影響軟包裝高分子聚合物結構狀態,進而會影響透氣性測試結果。針對這個問題,蘭光實驗室進行了大量的試驗,通過實測數據分析證明這種觀點是錯誤的。

    1.壓力差普遍存在于透氣性測試方法中

         與對壓差法和等壓法通常的認識所不同的是,并非只有壓差法在試樣兩側才會形成氣體壓力差,等壓法中試樣兩側由于氣體流速調節的影響也存在壓力差。壓力直接作用在薄膜材料表面勢必會造成材料的變形,但是如果在測試結構中存在試樣支撐裝置就可以有效緩解這種影響。在壓差法中氣體壓力差的梯度方向是確定的,標準試驗方法在低壓側采用多孔紙支撐試樣可以很好地消除壓力差對試樣的影響,使得試樣盡管經受強大的壓力依然可以保證不出現變形。壓差法中氣體壓力差與透氣性測試數據之間的關系將在后面做詳細介紹。但是對于等壓法,由于試樣兩側都無支撐、處于懸空狀態,而且盡管試樣兩側壓力差很小,壓力梯度方向卻無法確定,因此在實際試驗過程中試樣出現變形的幾率比壓差法要高很多,試樣更容易出現裂紋、變薄或透氣面積增大的情況。關于等壓法中壓力差對透氣量的影響我們也進行了很多試驗,但是由于等壓法中調節的是氣體流量,沒有對氣體壓力進行檢測,所以我們只能定性分析,無法進行量化試驗,不過可以確定的是當等壓法試樣兩側存在壓力差時,試樣會出現變形,并對透氣性測試數據產生影響。

    2.壓差法中壓力差對材料的透氣性并無影響

          之前已經介紹了,壓差法中已經考慮到壓力差的影響,因此采取了成熟的手段以避免試樣出現變形。然而要在測試過程中對試樣狀態進行監控是很難實現的,所以要考證聚合物材料在壓差法中是否因為壓力差的存在而產生材料狀態結構上的變化,并對壓力差的存在與材料透氣性測試數據的關系進行分析和驗證,需要借助試樣的可測性能指標進行判斷。

    2.1 連續測試的數據重復性以及試樣厚度的變化量

          之前我們已經選擇了兩項相關的測量指標進行分析:對同一試樣進行連續多次透氣性測試,觀察測試結果的重復性以及測試前后試樣厚度的變化量。如果氣體壓力差對試樣微觀結構的影響是使其由松散結構變的更加緊湊,即將結構松散的物質壓“實”,那么材料經受較長時間的壓力作用后其厚度會減小。同時,由于材料的阻隔性能與材料的物質結構有關,因此透氣性測試數據應隨連續測試次數的增長而呈現出減小的趨勢。試驗數據證明透氣性測試數據并沒有表現出隨測試次數增加而減小的趨勢,而且試樣的厚度在試驗前后也沒有出現變化,因此壓力差的存在會影響材料的狀態進而影響透氣性測試結果的說法是不成立的。

    2.2 不同壓力差與材料透氣量的關系

          理論上,試樣的透氣量、透氣系數與壓力差是無關的。也就是說,在不同的壓力差下檢測同一種材料,測得的透氣量與透氣系數應該是一致的,如果有個別試驗數據存在偏差也是由于試驗原因引起的。如果氣體壓力差對試樣微觀結構的影響是破壞材料結構,導致材料產生小的裂紋、針孔等缺陷,則測得的透氣量和滲透系數會隨著壓力差的增大而增大。相反地,如果材料兩側壓力差增大但透氣量和滲透系數保持不變,則可以證明壓力差的存在并沒有對材料的結構產生破壞。

    蘭光實驗室自今年3月份以來,歷時3個月對八種十余件試樣進行了在不同氣體壓力差下的大量試驗,試驗選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個測試點下進行,在每個測試點下至少重復測試3遍,測試溫度均為40℃。選擇的試驗材料包括PC(125μm)、PC(175μm)、PET(12μm)、PET(23μm)、PET(25μm)、PET(70μm)、PA(35μm)、PE(40μm)、CPP(40μm)、OPP(38μm)等軟包裝材料中zui常用的高聚物,還進行了PE/EVOH/PE(55μm)、PA/PE(80μm)等部分復合材料的檢測,材料涉及高中低阻隔性范圍,透氣量從1.5cm3/m2·24h·0.1MPa至7000cm3/m2·24h·0.1MPa。

    由于篇幅原因,數據庫中的擴散系數、溶解度系數本文中略去,材料的詳細試驗數據如下:

    PC(125μm)

    設定壓力差

    kPa

    透氧量1

    實際上腔壓力

    kPa

    環境溫度

    環境濕度

    %RH

    試驗時間

    P2(E-10)

    150

    610.973

    146.6

    40.2

    11.3

    2007-3-22

    1.163

    150

    607.479

    150.8

    40.3

    12.6

    2007-3-23

    1.156

    150

    605.483

    151

    40.3

    12.5

    2007-3-24

    1.152

    130

    607.966

    127.9

    40.3

    9.9

    2007-3-21

    1.157

    130

    603.508

    130.6

    40.3

    10.7

    2007-3-21

    1.149

    130

    597.037

    131.1

    40.3

    10.6

    2007-3-22

    1.137

    110

    604.258

    109.5

    40.3

    9.5

    2007-3-19

    1.15

    110

    600.361

    109.8

    40.3

    9.5

    2007-3-20

    1.142

    110

    610.352

    109.2

    40.3

    10.4

    2007-3-20

    1.161

    90

    595.082


    40.2

    15.6

    2007-3-2

    1.132

    90

    596.662


    40.2

    14.2

    2007-3-3

    1.136

    90

    603.333


    40.2

    11.3

    2007-3-5

    1.148

    70

    579.996

    73.4

    40.3

    10

    2007-3-8

    1.104

    70

    601.412

    70.1

    40.3

    9.5

    2007-3-8

    1.145

    70

    599.041

    73.5

    40.3

    8.9

    2007-3-9

    1.14

    50

    599.27

    53.8

    40.1

    8.2

    2007-3-12

    1.141

    50

    597.163

    54

    40.3

    7.9

    2007-3-13

    1.137

    50

    602.722

    53.9

    40.3

    9.1

    2007-3-13

    1.147

    30

    589.087

    34.6

    40.3

    9.4

    2007-3-14

    1.121

    30

    594.951

    34.4

    40.3

    10.8

    2007-3-14

    1.133

    30

    585.997

    34.6

    40.3

    10.4

    2007-3-15

    1.115

    1. 透氧量單位:cm3/m2·24h·0.1MPa

    2. P 滲透系數單位:cm3·cm/cm2·s·cmHg

    PC(175μm)

    設定壓力差

    kPa

    透氧量1

    實際上腔壓力

    kPa

    環境溫度

    環境濕度

    %RH

    試驗時間

    P2(E-10)

    150

    443.921

    149.7

    40.2

    12.8

    2007-3-26

    1.183

    150

    444.521

    151.9

    40.4

    12.8

    2007-3-26

    1.184

    150

    442.735

    149.6

    40.3

    12.6

    2007-3-27

    1.18

    130

    446.143

    131.5

    40.4

    12.4

    2007-3-28

    1.189

    130

    452.639

    131

    40.3

    12.8

    2007-3-28

    1.206

    130

    450.586

    133.2

    40.3

    12.5

    2007-3-29

    1.2

    110

    450.826

    110.9

    40.3

    12.5

    2007-3-29

    1.201

    110

    442.458

    111.9

    40.3

    13

    2007-3-30

    1.179

    110

    442.32

    111.3

    40.3

    13.3

    2007-3-30

    1.179

    90

    440.122

    92

    40.2

    13.2

    2007-3-31

    1.173

    90

    442.372

    91.3

    40.3

    10.7

    2007-4-2

    1.179

    90

    445.564

    88.5

    40.2

    9.8

    2007-4-3

    1.186

    70

    440.326

    70.3

    40.3

    9.2

    2007-4-3

    1.173

    70

    433.765

    70.7

    40.3

    8.5

    2007-4-4

    1.156

    70

    440.619

    73.4

    40.2

    9

    2007-4-4

    1.174

    50

    430.164

    51.9

    40.3

    9.7

    2007-4-5

    1.146

    50

    437.128

    51.7

    40.3

    9.6

    2007-4-6

    1.165

    50

    441.591

    51.1

    40.3

    11.1

    2007-4-10

    1.177

    30

    414.173

    33

    40.3

    11.5

    2007-4-11

    1.104

    30

    407.828

    29.7

    40.4

    12.2

    2007-4-12

    1.087

    30

    414.061

    29.5

    40.3

    13.8

    2007-4-13

    1.103

    1. 透氧量單位:cm3/m2·24h·0.1MPa

    2. P 滲透系數單位:cm3·cm/cm2·s·cmHg

    PET(12μm)

    設定壓力差

    kPa

    透氧量1

    實際上腔壓力

    kPa

    環境溫度

    環境濕度

    %RH

    試驗時間

    P2(E-10)

    150

    443.921

    149.7

    40.2

    12.8

    2007-3-26

    1.183

    150

    444.521

    151.9

    40.4

    12.8

    2007-3-26

    1.184

    150

    442.735

    149.6

    40.3

    12.6

    2007-3-27

    1.18

    130

    446.143

    131.5

    40.4

    12.4

    2007-3-28

    1.189

    130

    452.639

    131

    40.3

    12.8

    2007-3-28

    1.206

    130

    450.586

    133.2

    40.3

    12.5

    2007-3-29

    1.2

    110

    450.826

    110.9

    40.3

    12.5

    2007-3-29

    1.201

    110

    442.458

    111.9

    40.3

    13

    2007-3-30

    1.179

    110

    442.32

    111.3

    40.3

    13.3

    2007-3-30

    1.179

    90

    440.122

    92

    40.2

    13.2

    2007-3-31

    1.173

    90

    442.372

    91.3

    40.3

    10.7

    2007-4-2

    1.179

    90

    445.564

    88.5

    40.2

    9.8

    2007-4-3

    1.186

    70

    440.326

    70.3

    40.3

    9.2

    2007-4-3

    1.173

    70

    433.765

    70.7

    40.3

    8.5

    2007-4-4

    1.156

    70

    440.619

    73.4

    40.2

    9

    2007-4-4

    1.174

    50

    430.164

    51.9

    40.3

    9.7

    2007-4-5

    1.146

    50

    437.128

    51.7

    40.3

    9.6

    2007-4-6

    1.165

    50

    441.591

    51.1

    40.3

    11.1

    2007-4-10

    1.177

    30

    414.173

    33

    40.3

    11.5

    2007-4-11

    1.104

    30

    407.828

    29.7

    40.4

    12.2

    2007-4-12

    1.087

    30

    414.061

    29.5

    40.3

    13.8

    2007-4-13

    1.103

    1. 透氧量單位:cm3/m2·24h·0.1MPa

    2. P 滲透系數單位:cm3·cm/cm2·s·cmHg

    PET(12μm)

    設定壓力差

    kPa

    透氧量1

    實際上腔壓力

    kPa

    環境溫度

    環境濕度

    %RH

    試驗時間

    P2(E-12)

    150

    74.132

    144.6

    39.8

    8.2

    2007-5-17

    2.596

    150

    75.259

    147.6

    39.9

    8.2

    2007-5-17

    2.636

    150

    74.041

    149.7

    40.1

    6.6

    2007-5-18

    2.593

    130

    75.667

    129.3

    40

    7.4

    2007-5-18

    2.65

    130

    73.839

    130.3

    39.8

    6.3

    2007-5-19

    2.586

    130

    75.99

    129.2

    40

    7.2

    2007-5-19

    2.661

    110

    74.209

    109

    40

    6.7

    2007-5-21

    2.599

    110

    75.609

    110.9

    39.9

    8.6

    2007-5-21

    2.647

    110

    74.153

    111

    40

    7.2

    2007-5-22

    2.597

    90

    75.692

    91.1

    40.1

    8.1

    2007-5-22

    2.651

    90

    75.09

    91.8

    40.2

    7.7

    2007-5-23

    2.63

    90

    74.43

    93.5

    40.1

    8.1

    2007-5-23

    2.606

    70

    74.68

    72.5

    40

    7.6

    2007-5-24

    2.615

    70

    76.609

    72.1

    40

    10.4

    2007-5-24

    2.682

    70

    74.82

    69.6

    39.8

    9.2

    2007-5-25

    2.621

    50

    77.432

    47.2

    40

    10.4

    2007-5-25

    2.712

    50

    76.964

    49.8

    40

    10

    2007-5-26

    2.695

    50

    79.544

    49.8

    40.1

    12.2

    2007-5-28

    2.785

    30

    74.722

    30.6

    39.9

    10.7

    2007-5-29

    2.617

    30

    77.508

    30.7

    40

    12

    2007-5-29

    2.715

    30

    73.611

    31.1

    40

    9.4

    2007-5-30

    2.578

    1. 透氧量單位:cm3/m2·24h·0.1MPa

    2. P 滲透系數單位:cm3·cm/cm2·s·cmHg


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