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高阻隔性材料透气性测试技术 |
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作者：兰光实验室 赵江 |
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材料的阻隔性能直接影响商品的质量，它的优劣能够导致商品变质、失效、失去使用价值，可以说包装材料阻隔性的好坏直接影响到内容物的质量。然而，材料的阻隔性会由于不同的加工条件而发生变化，因此对制品的阻隔性进行测试必不可少。
压差法是用于检测软包材透气性的基本测试方法之一，世界通用，普遍应用于各类包装质检机构。Labthink兰光于2004年下半年推出真空压差法阻隔性检测设备——VAC-V1气体渗透仪。该仪器完全按照GB 1038、ISO 2556、ISO 15105-1、ASTM D 1434等标准制造，试验过程全自动，操作软件功能强大。
兰光推出的VAC-V1气体渗透仪
高阻隔测试的必要条件
高阻隔性试样对透气性测试条件要求严格众所周知，要想得到科学准确的测试数据，必须注意多种因素对测试结果的影响。
试验方法
设备采用试验不同，测试结果往往存在差异。对于真空压差法透气性测试设备，测试腔真空度是最重要的一个指标。ASTM D 1434-82（2003）要求真空压差法的低压侧在26Pa以下，ISO 2556:2001以及GB/T 1038-2000均要求低压侧压力不大于27 Pa。由于真空度的高低与试样的状态直接相关，因此，能否达到标准要求的测试腔的真空度，也是影响试验数据的一个重要因素。
设备硬件
必须合理选择真空规的量程。标准中对于真空规（vacuum gauge）精度也做了要求，ISO 15105-1要求最低为5Pa，GB/T 1038-2000要求真空规准确度不低于6Pa。需要特别说明的是，显示分辨率和真空规的分辨率是完全不同的两个概念。显示分辨率取决于AD转换器的位数，而真空规的分辨率才是真正的检测限度。
测试温度
测试腔气体比较稀薄，很接近理想气体模型，遵守理想气体状态方程。当下腔气体体积一定时，从静态的角度看，气体压力随温度变化明显。如果无法在整个测试时间内保持环境温度的稳定性，设备自身就需要有一定的抗温度干扰能力，最好的方法是把测试腔放到具有自控温功能的保温腔中。实践证明，VAC-V1的温度处理功能不但能有效地降低对实验环境的要求，而且在保温方面的优秀设计，即使不使用自控温功能，设备的抗温度干扰能力也非常优秀。
高阻隔测试仪的操作
注意操作过程的各个步骤是保证精确测试的一个重要因素。以下我们以VAC-V1气体渗透仪为例介绍高阻隔薄膜的测试过程与要点。
测试准备
使用VAC-V1进行薄膜透气性检测，试验准备工作十分重要，包括试验气体的准备、真空泵的连接、试样的制取及装夹、以及在操作软件中设置相关参数。
需要准备纯度99.9%的试验气体一瓶，以及配套钢瓶减压阀一个。VAC-V1对试验气体没有选择性，无毒无腐蚀性的气体均可。在进行特殊气体的渗透试验时，实验室中需要安装有通风系统。真空泵连接状态的好坏直接影响之后对设备上下腔抽真空的效果，因此必须按照Labthink提供的使用说明可靠连接。为了保证试验的正常进行，严禁将真空泵在试验空闲的时间作为他用。
试样的制取以及装夹一般可分为以下6步：（1）使用取样器取样；（2）旋转手轮提升测试上腔；（3）在测试下腔的指定区域涂抹真空脂；（4）把滤纸放在下腔的中心沉孔内；（5）放置试样；（6）旋转手轮落下上腔，保证上下腔严密闭合。
通过取样器，操作者可以方便地获得Φ97mm的试样。使用取样器可以有效保持试样的表面状态，使其不会因为取样操作而受到影响。
放样前在测试下腔的气体非透过区域内涂抹真空油脂是整个试样装夹过程中至关重要的一步。这一步操作必须小心完成，如果油脂涂在了气体透过区域内，就污染了测试区域，会影响测试结果，而且不易清除。操作者可以使用涂脂控制环来辅助完成真空脂在测试下腔指定区域中的均匀涂抹。VAC-V1中还使用了两条边缘密封圈来加强试样的密封，以达到更好的密封效果。
在压差法中放置滤纸是为了起到支撑试样的作用。由于试样两侧存在0.1MPa的压差（标准条件），一般试样都会出现一定程度的形变，为了防止试样的损坏给测试数据带来误差，一定要注意滤纸放置的张数，严格按照操作说明进行。滤纸应干燥清洁，而且在放置时需要特别注意不要粘到真空脂，也不要偏离指定位置，否则将会影响试验结果，降低试验效率。
试样是否居中放置会直接影响VAC-V1测试腔中两道边缘密封圈的密封效果。Labthink VAC-V1在结构上设计了专门用于试样边缘密封的两道密封圈，但要达到良好的密封效果必须将试样居中放置在测试下腔上。使用VAC-V1专用的放样取中环可有效解决试样的放置问题，操作简单方便。
VAC-V1提供了两种试验模式：模糊模式和比例模式。除非是阻隔性非常好的试样，一般选择比例模式都可以满足要求。从测试的角度来说，模糊模式和比例模式没有本质区别，只是选择合适的测试模式可以提高工作效率而已。
脱气时间的设置可分为下腔脱气时间的设置和上下腔脱气时间的设置两项。下腔脱气时间的长短并不是一个关键参数，但不能为零，在无特殊要求的情况下，采用系统的默认值60s就可以。上下腔脱气时间是能够影响试验结果的关键参数，设置可以参考Labthink给出的推荐值。
试验测试
试验操作十分简单而且全部智能化，操作者只需在操作软件主界面中点击“试验”键，试验就将自动进行。在整个试验过程中，不需要人工干预；操作者还可以通过操作软件了解到当前的试验数据情况，如：压力—时间曲线、温度—时间曲线、湿度—时间曲线、即时数据等。
数据处理
试验结束后，直接给出试样的透气量、扩散系数、溶解度系数、渗透系数，即GTR、D、S、P数值（试验模式为比例模式时）。另外VAC-V1提供了一系列强大的数据处理功能，包括数据的分类存储（试验结束后软件提示）、试验报告打印、数据人工处理（手动计算试验结果）、数据拟合、以及数据镜像与恢复等。
注意事项
相对于软包材的其它性能测试而言，阻隔性测试时间往往较长，这点在检测高阻隔性材料时尤为突出。阻隔性检测效率低会减缓对试样全面分析的进度，进而会影响生产效率。因此必须尽可能减小由于人为操作失误而导致的试验失败。
1. 试样检查
检测试样的各项指标都应按照相应的标准进行，哪些试样可以采用，哪些不能采用在标准中都有明确的规定。对于透气性测试来讲，选择表面状态好的试样是十分重要的，如果试样存在皱折、针孔，不但会影响试验的数据，而且还会导致试验失败。
不同的测试标准，对试样的描述可能会略有不同，操作者应该完全按照所执行的试验标准进行试样的采集和制取。在试验前还应仔细观察试样的状态，以免由于试样选取的失误造成试验失败。
2. 涂抹真空脂
在涂抹真空脂时应注意涂抹均匀，否则可能会影响测试区中试样的状态，也有可能引起试样在上下腔闭合时出现皱折，影响整个测试系统的密封。此外，应保持涂抹量适中，涂抹过多会导致真空脂的浪费和测试环境的污染，涂抹过少可能会出现漏涂的地方，以至系统的密封效果不佳，导致试验失败。
3. 观察试验曲线
VAC-V1的随机软件可向操作者提供观察试验过程的功能。通过观察试验曲线，操作者可以判断试样是否存在针孔、皱褶等缺陷。如果试样确实存在缺陷，而且在制样时操作者并没有发现，可以迅速终结试验并尽快更换符合要求的试样重新进行试验。否则不但会浪费大量的试验时间和试验资源，而且还可能会得出具有误导性的错误结果。
国际市场所推出的真空压差法透气性测试设备，外形相差较大，但是测试原理相同，因此它们的操作过程以及使用注意事项也都与Labthink VAC-V1气体渗透仪存在较大的相似性。(end)
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(10/1/2005) |
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