薄膜厚度对氧气透过量的影响研究

对于材质结构相同的包装材料而言，材料的厚度是影响其阻隔性能的重要因素。材料的厚度增加，延长了气体在包装材料中的渗透路径，使得气体从试样的一侧渗透到另一侧的时间增加，从而降低了渗透过材料的气体量，提高了材料对气体的阻隔性能。然而，材料厚度增加势必会提高包装成本，且环保性降低，因此，在选用包装时如何协调控制包装成本、保证包装环保性及阻隔性三者的关系，则需要研究材料厚度与其阻隔性能的关系。本文针对性测试了相同材质材料、不同厚度薄膜对应的氧气透过量，并绘制厚度与氧气透过量关系趋势图，以评价厚度对材料阻氧性的影响。

1、试验样品

本次试验以某种单层膜材料为试验样品，分别测试厚度为10μm、12μm、15μm、25μm样品的氧气透过量。

2、试验依据

目前，软塑包装材料氧气透过量的测试方法包括压差法、等压法(库仑计法)，本次试验采用压差法对样品进行测试，试验过程依据方法标准GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》进行。

3、试验设备

本文采用GPT-203 压差法气体渗透仪测试样品的氧气透过量，该设备由济南赛成仪器电子科技有限公司自主研发生产。

3.1 试验原理

压差法原理即根据压力传感器所测得气体压力的变化情况得到材料的气体渗透性能相关参数，也是通过压力差使气体在试样两侧发生渗透。将试样装夹在设备的测试腔中，使设备的上、下腔分开，上腔中充填测试气体，下腔通过抽真空形成低压环境，上腔的气体通过试样渗透到下腔中，下腔中的气体压力因此而发生变化。通过下腔中的压力传感器对下腔气体压力随渗透时间的增加情况的实时监测，即可计算得到试样的气体透过量、气体渗透系数、扩散系数及溶解度系数等气体渗透参数。

3.2设备参数

测试范围 0.1 ~ 10,000 cm3/m2·24h·0.1MPa（常规）

试样件数 1件

真空分辨率 0.05 Pa

测试腔真空度 <10 Pa

控温范围 室温 ~ 50°C

控温精度 ±0.5°C

试样尺寸 Φ95 mm

透过面积 33.18 cm2

试验气体 O2、N2、CO2等气体 (气源用户自备）

试验压力 0.4 MPa ~ 0.6 MPa

接口尺寸 Ф6 mm聚氨酯管

外形尺寸 400 mm (L) × 475 mm (W) × 450 mm (H)

电源 AC 220V 50Hz

净重 75 kg

4、试验过程

(1) 从厚度为10 μm的样品表面裁取3片直径为97 mm的试样，在设备的三个测试腔周边均匀涂抹真空油脂，并各放置一片支撑用滤纸，然后将3片试样分别装夹在3个测试腔中，拧紧测试腔盖。

(2) 设备连接氧气气源。在控制软件中设置试样名称、试样厚度、试验温度、湿度及试验模式等参数信息，点击试验选项，打开真空泵，启动试验。设备按照设定的参数对试样的氧气渗透性能进行测试，并在试验结束后显示试验结果。

(3) 按照(1)、(2)中的步骤依次测试厚度为12 μm、15 μm、25 μm样品的氧气透过量。

5、试验结果

取每种样品3片试样测试结果的算术平均值为该样品的氧气透过量。本次所测得厚度为10 μm、12 μm、15 μm、25 μm样品的氧气透过量分别为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)。

6、结论

本次试验利用压差法设备GPT-203 压差法气体渗透仪对4种厚度不同的相同材质薄膜样品的氧气透过量进行了测试，设备易于操作，试验效率高，试验结果的精度高，重复性好，可以真实的反映出样品对氧气的阻隔性能。随着厚度的增加，样品的氧气透过量降低，说明样品对氧气的阻隔性能随样品厚度的增加而提高；另外，随着厚度的增加，样品氧气透过量的变化趋势变缓，即在样品厚度较薄时，厚度增加，样品的阻氧性能提高明显，但随着厚度的继续增加，厚度的变化对提高样品阻氧性能的影响变小。

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