壓差法與（yǔ）等壓法是兩類不（bú）同的透氣性（xìng）測試方法

　　壓（yā）差法（fǎ）和等壓法是薄膜透氣性（xìng）測試通常（cháng）使用的兩大類方法（fǎ）。通過詳細的研究表（biǎo）明，壓差法和等壓法存在（zài）著本質上的不同，是兩類完全不（bú）同的透氣性測試方法。

 

1．試驗原理分析

 

1.1 壓差法

     

　　真空法是壓差法中（zhōng）最具代（dài）表性的一種測試方法，也（yě）是氣體滲透定義的方法（fǎ）。其測試原理（如圖1所示）是利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的空間（jiān），先將試樣兩側都抽成真空，然後向其中（zhōng）一側充入0.1MPa（絕壓）的測試氣體，而另一側則保持真空狀態。這樣在試（shì）樣兩側就形成了0.1MPa的測試氣體壓差（chà），測試（shì）氣體（tǐ）滲透通過薄（báo）膜進入低壓側並引起低壓側壓力的變化。通過使用高精度測壓（yā）計測量低壓側的（de）壓力（lì）變化量就可以利用公式計算得到氣體透過量。

圖1. 壓（yā）差法試驗原（yuán）理圖

 

　　壓差法具（jù）有對測試氣體（tǐ）沒有選擇性、測試成本低、試驗成功（gōng）率高等（děng）顯著的檢測優勢，然而最（zuì）為突出的當數在其測試環境中氣體“純淨”。因（yīn）為在真空法（fǎ）的試驗過（guò）程中會先對整個測試腔（qiāng）抽真空至27Pa以下，再對測試上腔充（chōng）入（rù）純淨的測試氣體，這樣在整個試驗環境中的雜質氣（qì）體（非試驗氣體）就可以忽略了，因此雜質氣體可能（néng）給試驗帶來的（de）影響就能排除了。

 

1.2 等壓法

   

　　目前應用於透氣性檢測的等壓法主（zhǔ）要是傳感器法（氣象色譜法的（de）實際應用很少），它主（zhǔ）要用於氧氣透過性檢（jiǎn）測，測試（shì）原理如（rú）圖2所示：利用試（shì）樣將滲透腔隔成兩個獨立的氣流係統，一側為流動的測試（shì）氣體（可以是純氧氣或是含（hán）氧氣的混合（hé）氣體（tǐ）），另一側為流動的（de）幹燥載氣（氮氣）。試樣兩邊的壓力相等，但氧氣（qì）分壓不同。在氧氣的分壓差作用下，氧氣透過薄膜並被氮氣流送至傳（chuán）感器中，由傳感器精確測量（liàng）出氮氣流中攜帶的氧氣量，從（cóng）而計算出材料的氧（yǎng）氣透過率。

圖2. 等壓法試驗原理圖

 

　　等壓法（fǎ）的突出優點是可以進行容器透氧性檢測，但在（zài）測試氣（qì）體的通用性上不如壓差法廣泛。由於在（zài）等壓法測（cè）試原（yuán）理中（zhōng）對載氣的需要使得在該方法中（zhōng）存在兩種數量相當的氣體（tǐ），當試（shì）樣兩側有0.1MPa氧氣分壓差存在的同時（shí）也有0.1MPa氮氣分壓差存在，不（bú）過它們的梯度方向（xiàng）正好相反，因此在等壓法中當氧氣滲透通過薄膜的同時氮氣進行著逆向的滲透（tòu）。

 

2．等壓法氮氣（qì）逆向滲透的影響

 

2.1 擴散原理

 

　　物質的宏觀擴散是物質微觀碰撞致使部分物質出（chū）現遷移的宏觀現象（xiàng）。由於（yú）分子濃（nóng）度的不同（tóng），濃度高的分子（分子數目多）在相同（tóng）的碰撞（zhuàng）中轉移到濃（nóng）度低部位的總（zǒng）數（shù）目多，於是就產生了擴散現象。當擴散物質隻有一種時，分子間（jiān）的碰撞（zhuàng）會使（shǐ）得物質發生（shēng）擴散，這種擴散稱為自擴散；但是如果擴散物質不隻（zhī）一種，那麽分子間碰撞的結果一定是使得每一種物質都發生擴散（sàn），這種擴散稱為互擴散，因為碰撞過程本身並不對不同物（wù）質（zhì）的分子（zǐ）進行區分，當然由於參與碰撞的物質多了，多少會給每種擴散（sàn）物質的擴（kuò）散速度帶來影響，所以互擴（kuò）散係數與自擴散係數是存在差距的。

 

2.2 透氣性測試方法的擴散模型

 

　　根據之（zhī）前（qián）的介（jiè）紹可以看出對於真空法（壓差法）來講，在整個測試過（guò）程中，擴散是單向（xiàng）單質（zhì）的，因此是自擴散，利用Fick定律就可（kě）以對整個（gè）擴散過程進行描述；而對於等壓法，擴散物質有2種，擴散方向相反，因此是互擴散。等（děng）壓法中互擴散的（de）形成是由於從測試下腔向測試上腔存在氮氣的逆向滲（shèn）透（tòu）造成的，相應地在進行材料的阻隔性評定時這種逆（nì）向滲透帶來（lái）的（de）影響也應該計算在內。

圖3. 壓差法與等壓法擴散模型示意圖

 

2.3 等壓法氮氣（qì）逆向滲透的（de）影響

 

　　如（rú）果在等壓法中采用的測試氣體（tǐ）是混（hún）合氣體，則整個擴散模型將（jiāng）更加複雜（zá），要量化每種擴散（sàn）物質的擴散係數將更加困難，因此我們（men）這裏假設等壓法的測試模型（xíng）中隻有兩種氣體，即測試氣體采用純氧氣，載氣采用高純氮氣，可建立擴散模型如圖4：

圖4. 兩種擴散流的（de）模型示意圖

 

　　假設（shè）圖中1代表（biǎo）氧氣，2代表氮氣，則這2種氣（qì）體的擴散（sàn）描述如下：

D₁₂gradc₂和D₂₁gradc₁即由於耦合效應而產生的耦合流。

由Onsager的（de）互易關係可得：

D₁₂＝D₂₁

D₁₁D₂₂≥D₁₂²

這（zhè）個關係（xì）就是我們（men）常說的“讓快的慢下來，讓（ràng）慢的變快”，其（qí）中（zhōng）D₁₂＝D₂₁＜0。可見無論（lùn）濃度梯度如何，由於耦合（hé）流所帶來的（de）影響都是不能忽略的。目前，學術界對（duì）於互擴散的研究還是停留在特定擴散物質組合以及特定擴（kuò）散環境的階段（duàn），不同（tóng）的擴散物質組（zǔ）合以及不同的擴散介質都會（huì）影響（xiǎng）擴散物質（zhì）的互擴散係數，沒（méi）有統一的規律可以遵循。

 

　　對於滲透（tòu）過程來講，擴散隻是其中的一部分，然（rán）而若滲透體係中滲（shèn）透（tòu）質並非一種，不但會對各種滲（shèn）透質的擴散產生影響，也（yě）會對溶解、解吸產生影（yǐng）響。可（kě）見，等壓（yā）法中由（yóu）於氮氣的存在使得氧氣對於試樣的整個滲透（tòu）過程都會（huì）受到幹擾，因此它與壓差法在測（cè）試本質（zhì）上是不同的。

 

3．總結   

　　綜上所述（shù），壓差法與等壓法（fǎ）在塑料薄（báo）膜的氣體透過性測試方（fāng）麵都是重要且（qiě）應用廣泛的方法，但存在（zài）著本質上的不同。從MD传媒视频試驗室大量（liàng）的比對數據分析來看，兩種方法測試結果不存在線性關係，是兩種彼此獨立的測試方法。