凝膠類(lèi)薄膜氣體滲透性能的測(cè)試方法介紹

摘要：氣體滲透性能是影響凝膠類(lèi)薄膜使用性能的重要指標(biāo)參數(shù)。本文通過(guò)對(duì)凝膠膜氧氣透過(guò)量的測(cè)試及對(duì)試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)原理、設(shè)備參數(shù)及適用范圍等內(nèi)容的描述，介紹了如何利用壓差法測(cè)試凝膠類(lèi)薄膜的氣體滲透性能，為凝膠膜使用性能的監(jiān)控提供參考。

關(guān)鍵詞：氣體滲透性能、氧氣透過(guò)量、氣體滲透儀、壓差法、凝膠膜

1、意義

凝膠膜是一種具有廣泛應(yīng)用的高分子材料，在氣體分離、生物科技、醫(yī)療、電子、汽車(chē)等行業(yè)均有應(yīng)用，適宜的透氣性及選擇滲透性能是凝膠膜得到如此廣泛應(yīng)用的重要條件之一。如用于氣體分離的凝膠膜應(yīng)具有高選擇性與高滲透性；用于微生物載體的凝膠膜應(yīng)在保證不泄漏微生物的基礎(chǔ)上，能夠提供保持微生物正常活性所需的氧氣；在疤痕治療應(yīng)用中，通過(guò)凝膠膜降低微血管及膠原纖維水蒸氣的蒸發(fā)及氧氣供應(yīng)，減少疤痕的再生。因此，通過(guò)對(duì)凝膠膜相應(yīng)氣體透過(guò)量的檢測(cè)，及時(shí)了解凝膠膜的氣體滲透性能，可為凝膠膜使用性能的控制與改善提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。本文以凝膠膜氧氣透過(guò)量的測(cè)試過(guò)程為例，介紹該類(lèi)材料氣體滲透性能的檢測(cè)方法。

2、試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)測(cè)試了某種凝膠膜材料的氧氣滲透性能。

3、試驗(yàn)依據(jù)

材料氧氣透過(guò)量的測(cè)試方法主要分為壓差法與等壓法兩種原理，鑒于壓差法可測(cè)試氣體種類(lèi)較多，如氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、空氣等，本次試?yàn)采用壓差法原理測(cè)試凝膠膜樣品的氧氣透過(guò)量，依據(jù)的標(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)利用VAC-V2壓差法氣體滲透儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，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
壓差法是根據(jù)滲透氣體壓力隨滲透時(shí)間的變化情況得到試樣的氣體透過(guò)量。裝夾的試樣將設(shè)備的測(cè)試腔分為高壓腔與低壓腔，高壓腔內(nèi)充填的是一定壓力的待測(cè)試氣體，低壓腔內(nèi)通過(guò)抽真空形成低壓環(huán)境。試驗(yàn)時(shí)，氣體在壓力差的作用下由高壓腔通過(guò)試樣滲透到低壓腔，低壓腔內(nèi)壓力逐漸增加，當(dāng)氣體在試樣兩側(cè)的滲透達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，低壓腔內(nèi)壓力的增加量與滲透時(shí)間呈線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量此時(shí)單位時(shí)間內(nèi)低壓腔內(nèi)壓力的變化值計(jì)算試樣的氣體透過(guò)量。因本法中傳感器監(jiān)測(cè)的是滲透氣體的壓力，故而可測(cè)試氣體的種類(lèi)并不受限制，可用于多種氣體透過(guò)量的測(cè)試。
4.2    設(shè)備參數(shù)
測(cè)試范圍為0.05 ~ 50000 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；三個(gè)完全獨(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，輕松獲得極端測(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LystemTM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
專(zhuān)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(lèi)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(lèi)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?？蓴U(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。
適用于多種氣體的透過(guò)率測(cè)試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、氦氣、空氣等?？蓾M足多項(xiàng)國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、試驗(yàn)過(guò)程

(1) 從待測(cè)的樣品表面裁制尺寸至少大于直徑7 cm的試樣3片。

(2) 在設(shè)備3個(gè)測(cè)試腔的周邊均涂抹一層真空油脂，每個(gè)測(cè)試區(qū)域分別放置1片濾紙，將裁制的試樣分別粘貼在3個(gè)測(cè)試腔上，并用夾緊裝置夾緊。

(3) 設(shè)置試樣名稱(chēng)、材質(zhì)、厚度等試樣信息及試驗(yàn)?zāi)Ｊ?、抽真空時(shí)間等試驗(yàn)控制參數(shù)，點(diǎn)擊“開(kāi)始試驗(yàn)”選項(xiàng)，試驗(yàn)開(kāi)始，打開(kāi)真空泵。

(4) 設(shè)備按照設(shè)定的控制參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)備根據(jù)測(cè)得低壓腔壓力隨時(shí)間的變化情況，計(jì)算并顯示試驗(yàn)結(jié)果。

6、試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)測(cè)得3片試樣的測(cè)試結(jié)果分別為64.0591 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、69.3381 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、65.8406 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，則所測(cè)試凝膠膜的氧氣透過(guò)量為測(cè)試結(jié)果的平均值66.4126 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

氣體滲透性能是凝膠膜材料的重要性能指標(biāo)。本文采用壓差法測(cè)試了凝膠膜樣品的氧氣透過(guò)量，測(cè)試過(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備易于操作，試驗(yàn)效率高，且測(cè)試結(jié)果的精度高、準(zhǔn)確性好，能夠準(zhǔn)確、快速的測(cè)試樣品對(duì)氧氣的阻隔性能。除氧氣外，本設(shè)備還可用于測(cè)試薄膜或片狀材料對(duì)氮?dú)狻⒍趸?、空氣、氦氣、六氟化硫等多種氣體的滲透性能，具有極高的性?xún)r(jià)比。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專(zhuān)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)的高新技術(shù)企業(yè)，始終致力于為客戶提供高端、精準(zhǔn)、貼心、高效的設(shè)備與服務(wù)。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。