凝膠類薄膜氣體滲透性能的測試方法介紹

摘要：氣體滲透性能是影響凝膠類薄膜使用性能的重要指標參數(shù)。本文通過對凝膠膜氧氣透過量的測試及對試驗過程、試驗原理、設備參數(shù)及適用范圍等內(nèi)容的描述，介紹了如何利用壓差法測試凝膠類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。

關鍵詞：氣體滲透性能、氧氣透過量、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用的高分子材料，在氣體分離、生物科技、醫(yī)療、電子、汽車等行業(yè)均有應用，適宜的透氣性及選擇滲透性能是凝膠膜得到如此廣泛應用的重要條件之一。如用于氣體分離的凝膠膜應具有高選擇性與高滲透性；用于微生物載體的凝膠膜應在保證不泄漏微生物的基礎上，能夠提供保持微生物正常活性所需的氧氣；在疤痕治療應用中，通過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，減少疤痕的再生。因此，通過對凝膠膜相應氣體透過量的檢測，及時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量的測試過程為例，介紹該類材料氣體滲透性能的檢測方法。

2、試驗樣品

本次試驗測試了某種凝膠膜材料的氧氣滲透性能。

3、試驗依據(jù)

材料氧氣透過量的測試方法主要分為壓差法與等壓法兩種原理，鑒于壓差法可測試氣體種類較多，如氧氣、氮氣、二氧化碳、空氣等，本次試驗采用壓差法原理測試凝膠膜樣品的氧氣透過量，依據(jù)的標準為GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》。

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(fā)生產(chǎn)。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗原理
壓差法是根據(jù)滲透氣體壓力隨滲透時間的變化情況得到試樣的氣體透過量。裝夾的試樣將設備的測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試氣體，低壓腔內(nèi)通過抽真空形成低壓環(huán)境。試驗時，氣體在壓力差的作用下由高壓腔通過試樣滲透到低壓腔，低壓腔內(nèi)壓力逐漸增加，當氣體在試樣兩側(cè)的滲透達到穩(wěn)定狀態(tài)時，低壓腔內(nèi)壓力的增加量與滲透時間呈線性關系，通過測量此時單位時間內(nèi)低壓腔內(nèi)壓力的變化值計算試樣的氣體透過量。因本法中傳感器監(jiān)測的是滲透氣體的壓力，故而可測試氣體的種類并不受限制，可用于多種氣體透過量的測試。
4.2    設備參數(shù)
測試范圍為0.05 ~ 50000 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、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗條件下的檢測需求；三個完全獨立的試驗腔，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(shù)據(jù)擬合，輕松獲得極端測試條件下的試驗結果；經(jīng)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(shù)據(jù)的準確性和通用性；支持LystemTM實驗室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗結果和檢測報告。
4.3    適用范圍
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)、擴散系數(shù)的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、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。
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?？蓾M足多項國家和國際標準，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、試驗過程

(1) 從待測的樣品表面裁制尺寸至少大于直徑7 cm的試樣3片。

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

(3) 設置試樣名稱、材質(zhì)、厚度等試樣信息及試驗模式、抽真空時間等試驗控制參數(shù)，點擊“開始試驗”選項，試驗開始，打開真空泵。

(4) 設備按照設定的控制參數(shù)進行自動試驗，試驗結束后，設備根據(jù)測得低壓腔壓力隨時間的變化情況，計算并顯示試驗結果。

6、試驗結果

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

7、結論

氣體滲透性能是凝膠膜材料的重要性能指標。本文采用壓差法測試了凝膠膜樣品的氧氣透過量，測試過程簡單，設備易于操作，試驗效率高，且測試結果的精度高、準確性好，能夠準確、快速的測試樣品對氧氣的阻隔性能。除氧氣外，本設備還可用于測試薄膜或片狀材料對氮氣、二氧化碳、空氣、氦氣、六氟化硫等多種氣體的滲透性能，具有極高的性價比。濟南蘭光機電技術有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測服務的高新技術企業(yè)，始終致力于為客戶提供高端、精準、貼心、高效的設備與服務。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進技術溝通與合作。