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有效控制透气性测试的湿度 |
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作者：兰光实验室 |
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实现测试环境的温湿度控制是检测包装材料在实际应用环境中透气性能的条件之一，可为避免由于环境变化而导致的设计失误提供检测手段。目前，通过干湿气混合法、双压法可以实现对等压法中测试气体的湿度控制。由Labthink兰光新开发的SHG-01 湿度发生装置则首次实现了对于压差法测试气体的湿度控制。
随着对包装材料的透气性能与包装内容物保存质量之间的关联性研究的逐步深入，透气性检测和设备成为科学、合理地选用包装材料的重要手段和工具。由于测试环境温湿度的变化会引起材料透气性能的变化，因此在不同温湿度条件下所获得的透气性试验数据不具有可比性。为了解决这一问题，设备就必须对测试环境的温湿度进行严格控制，这也促成了实现温湿度控制成为透气性检测设备的发展方向之一。由于温度对于材料透气性能的影响非常明显，因此已经受到广泛的关注，对于透气性检测设备的温度控制也已经发展得非常成熟。但是，对于湿度的控制尚有待提高。因为湿度的控制存在着技术难点，特别是对压差法测试气体湿度的控制。其难点在于湿度不但受温度等因素的影响，而且其控制不能依靠其他介质进行传导，而只能对测试气体进行直接控制。
湿度对材料透气性的影响
软包装材料主要是由各种各样的高分子聚合物制成的。有些高分子聚合物（如纤维素材料、尼龙6、PVA及EVOH等）中含有羟基-OH、酰胺基-CNH-等，这些聚合物对水敏感。若环境湿度升高，环境中的水分会向高分子聚合物中扩散，这相当于加入了一定量的增塑剂，不仅会使材料中的自由体积增加，而且也使高分子的一些运动单元的重排运动易于进行，提供了更多的使气体分子扩散的瞬时缝隙，从而使气体的渗透系数增大。然而,对于另外的一些高分子聚合物，如含有酯基-C-O-、氰基-C=N的高分子聚合物，湿度升高并不影响材料的透气性。可见，湿度的变化只会对一部分材料的透气性带来影响，而影响大小则与材料的极性及亲水性有关。
图1 等压法测试原理图
为了消除湿度带来的影响，标准要求在进行试验之前需按照同一调节环境进行试样的状态调节，这样的测试数据才具有可比性。如GB/T 1038-2000中规定，应在GB/T 2918中规定的23±2℃环境下，将试样放在干燥器中进行48h以上状态调节，或按产品标准规定处理。其他透气性测试标准也要求试验前应对试样进行类似的干燥处理。
等压法气体湿度的控制
等压法的测试原理（如图1所示）是利用测试薄膜或薄片，将渗透腔隔成两个独立的气流系统，一侧为流动的测试气体（可以是纯O2或是含O2的混合气体），另一侧为流动的干燥N2。试样两边的压力相等，但O2分压不同。在O2的浓度差作用下，O2透过薄膜并被N2流送至氧传感器中，由氧传感器精确测量出N2流中携带的O2量，从而计算出材料的O2透过率。
在等压法的整个测试过程中，测试上腔和测试下腔中都有持续不断的气流通过，试样两侧O2的分压差的形成是一种动态的平衡。这种动态的平衡虽不利于参数的准确测量，以及平衡的准确控制，然而却有利于对测试气体进行湿度控制，主要体现在气流湿度测量的方便性、湿度的均匀性等几个方面。目前，实际应用效果较好的加湿方法有干湿气混合法和双压法，这两种方法的湿度控制精度一般是±2％RH。
压差法气体湿度的控制
压差法测试原理（如图2所示）是利用试样将渗透腔隔成两个独立的空间，先将试样两侧都抽成真空，然后向其中一侧充入0.1MPa（绝压）的测试气体，而另一侧则保持真空状态。
图2 压差法测试原理图
这样，在试样两侧就形成了0.1MPa的测试气体压差，从而使测试气体渗透，通过薄膜进入低压侧，并引起低压侧压力的变化。通过使用高精度测压计测量低压侧的压力变化量，就可以计算得到气体透过量。压差法可用于O2、N2、CO2和空气等多种常见无机气体的检测。
与等压法不同，压差法在整个测试过程中，测试上腔和测试下腔中的测试气体总量是一定的，试样两侧测试气体压力差的形成是一种稳定的静态平衡。静态平衡非常有利于各项试验参数的测量，然而却给该法的测试气体加湿带来了一定的困难。过去，一直没有实现在一定湿度下的压差法试验，以至于该法的湿度控制一直被视为是不可实现的。最近，Labthink兰光依靠自身丰富的检测设备研发经验，总结各种加湿方法的优劣，将饱和盐溶液湿度发生法与干湿气混合法加以结合，开发出独特的专用于真空压差法气体渗透仪的湿度发生系统SHG-01。该系统可实现0%~100％RH中各种湿度的发生，从而实现了压差法湿度控制技术的突破。
总结
实现测试环境的温湿度控制是检测包装材料在实际应用环境中透气性能的必备条件之一。目前，通过干湿气混合法和双压法，可以实现对于等压法中测试气体的湿度控制。而由Labthink兰光新开发的SHG-01 湿度发生装置则首次实现了对于压差法测试气体的湿度控制。(end)
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(12/13/2009) |
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