不同厚度薄膜材料阻隔性能的比較研究

　　摘要：增減薄膜材料厚度是改善包裝阻隔性能的重要措施之一，然而材料厚度的增加勢必會提高包裝成本并加重環(huán)境負(fù)擔(dān)。本文通過對不同厚度薄膜材料氧氣透過量的測試，探究增加復(fù)合膜材料中不同單層膜結(jié)構(gòu)的厚度對包裝整體阻氧性的影響，并介紹了設(shè)備VAC-V2壓差法氣體滲透儀的試驗原理、參數(shù)及適用范圍、試驗過程等內(nèi)容，為如何有效提高包裝材料的阻隔性能提供參考。

　　關(guān)鍵詞：薄膜材料，厚度，阻隔性，氧氣透過率，氧氣透過量，阻氧性，壓差法氣體滲透儀，復(fù)合膜

1、意義

　　阻隔性能是包裝材料保護(hù)內(nèi)部產(chǎn)品的基本性能之一，不同產(chǎn)品性狀的差異決定了其對所用包裝材料的阻隔性能要求的差異。包裝材料的阻隔性能與材質(zhì)結(jié)構(gòu)、厚度等因素有關(guān)，對于材質(zhì)相同的薄膜材料而言，厚度增加，阻隔性能有所提高。

　　復(fù)合膜材料是被大多數(shù)產(chǎn)品普遍采用的塑料包裝，其通過將不同種類的單層膜材料復(fù)合制成的包裝形式可充分利用不同材料的優(yōu)勢性能以滿足產(chǎn)品的包裝要求。由于不同種類單層膜在包裝結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的主要作用不同，增加不同結(jié)構(gòu)層材料的厚度對提高包裝整體阻隔性的效果迥異。因此，盲目增加包材厚度可能既達(dá)不到預(yù)期的阻隔性，又嚴(yán)重影響包裝的環(huán)保性并提高了包裝成本。本文通過對不同厚度薄膜材料氧氣透過量的測試，對比分析不同結(jié)構(gòu)層厚度增加對包裝阻氧性能的影響。

2、試驗樣品

　　本次試驗以PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三種不同厚度與結(jié)構(gòu)的復(fù)合膜材料為樣品，測試其氧氣透過量。

3、試驗依據(jù)

　　本文采用壓差法原理對樣品進(jìn)行測試，試驗過程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法 壓差法》進(jìn)行。

4、試驗設(shè)備

　　本次試驗利用VAC-V2壓差法氣體滲透儀對樣品進(jìn)行測試，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)。

4.1 試驗原理

　　壓差法是通過壓力差實現(xiàn)氣體滲透過程，并根據(jù)氣體壓力的變化計算氣體透過量。將試樣裝夾在設(shè)備的測試腔之間，使測試腔分為上、下兩個腔，下腔通過抽真空形成低壓環(huán)境，上腔充入一定壓力的試驗氣體形成高壓環(huán)境，試驗氣體從高壓腔通過試樣滲透到低壓腔，引起低壓腔壓力變化，根據(jù)所測得低壓腔壓力隨滲透時間的變化情況，可計算試樣的氣體透過量等相關(guān)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：如各種塑料薄膜、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：如各種工程塑料、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、氮氣、氦氣、空氣等。

(4) 本設(shè)備滿足多項國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3設(shè)備參數(shù)

　　測試范圍為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、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足試樣不同試驗條件下的檢測需求；有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(jìn)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(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實驗室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗結(jié)果和檢測報告。

5、試驗過程

　　(1) 用取樣器從待測試的三種樣品表面各裁取直徑為97 mm的試樣一片。

　　(2) 在設(shè)備的三個測試腔周邊均涂抹一層薄薄的真空油脂，然后在每個測試腔上依次放入濾紙、試樣，輕輕按壓試樣，趕走試樣與測試腔接觸部位的氣泡，合上測試腔上蓋，并擰緊。

圖2 試樣裝夾過程

　　(3) 設(shè)置試樣名稱、試樣厚度、試驗溫度、試驗濕度等參數(shù)信息，打開真空泵，點擊開始試驗選項，試驗開始。設(shè)備按照設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行試驗，并在試驗結(jié)束后顯示試驗結(jié)果。

6、試驗結(jié)果

　　所測試PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三種樣品的氧氣透過量分別為106.297 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、87.406 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、45.617 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

　　從試驗結(jié)果來看，與PET(12µm)/PE(45µm)樣品相比，材料厚度增加的PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)兩種樣品的氧氣透過量均降低，其中PE層厚度增加15 μm樣品的氧氣透過量降低幅度較低，而PET層厚度增加13 μm樣品的氧氣透過量降低幅度較高。這說明試樣厚度增加提高了包裝整體的阻氧性能，由于PET層在所測試樣品中承擔(dān)主要的阻氧作用，增加PET層厚度更加有利于提升包裝整體的阻氧性能。

　　從試驗過程來看，本次研究僅通過一次試驗獲得了三種樣品的氧氣透過量測試結(jié)果，試驗效率高。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)的高新技術(shù)企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備除本文所采用的壓差法氣體滲透儀外，還包括氧氣透過率測試系統(tǒng)，水蒸氣透過率測試系統(tǒng)、智能電子拉力試驗機(jī)、摩擦系數(shù)儀、厚度測試儀、沖擊試驗儀、密封試驗儀、熱封強(qiáng)度測試儀、熱縮試驗儀、熱粘強(qiáng)度測試儀、頂空氣體分析儀等檢測設(shè)備，了解相關(guān)設(shè)備及檢測服務(wù)信息，可登陸濟(jì)南蘭光公司網(wǎng)站查看或致電咨詢。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。