材料的透氣性測試與透氣度測試

    氣體對材料的滲透性（Permeability）是材料物理性能檢測的重要項目之一，滲透性低的材料我（wǒ）們稱作對氣體具有一定的阻隔性，在這（zhè）些材料中具有極低（dī）的氣體滲透性（xìng）的材料又稱作（zuò）阻隔性材料，被作為功能材料大量應用（如商品包裝（zhuāng））；滲透（tòu）性高的材料是相對（duì）於（yú）具有（yǒu）一定阻（zǔ）隔（gé）性的材料來講（jiǎng）的，它們的（de）氣體透過率非常大，種類繁多，用途（tú）也十分廣泛。

1、透氣（qì）性測試

    我（wǒ）們常說的透氣性測試是指對於具有一定氣體阻隔性的材料進行（háng）特定氣體滲透性（xìng）的（de）檢測。這類材料多是（shì）高分子聚合物或是（shì）由高聚物製成的多（duō）層複合材料，廣泛應用於食品（pǐn）、藥品、化工、電子、軍工等領域（yù）的產品包裝中。其中阻隔性極優（氣體滲透性極低）的材（cái）料可以用於對氧氣、水蒸氣敏感商品的（de）包裝，是近幾年塑料包裝業發（fā）展的重點，也是（shì）充氣包裝、真空（kōng）包裝、無菌包裝等新型包裝發展的基礎（chǔ）。

    材料的透氣性測試方法主要有壓差法和等壓法兩類，其中使用範圍最廣泛的（de）是壓差法（可以參閱2005年10月10日及17日的（de）MD传媒视频實驗室論壇文章《透氣性測試方法及設備》）。壓差法（fǎ）是純粹的物理檢（jiǎn）測（cè）方（fāng）法，測試原理清晰明了，與後麵將要提到的（de）透（tòu）氣度（dù）測試設備原理（lǐ）一（yī）致，是透氣性測試中的根本方法。壓差法又分為真空壓差法和正壓差法兩類，按（àn）照檢測標（biāo）準需（xū）要采用分辨率（lǜ）非常高的真空規或表壓傳感（gǎn）器，檢測過（guò）程中微小的（de）壓力（lì）變化都需要被精確的采集下來。

透氣性測試具有如下特點：

    首先，對（duì）於真空壓差法透氣性測試設備，測試腔真空度是最重要（yào）的一項指標。ASTM D 1434-82（2003）要求真空壓（yā）差法的低壓側在26Pa以下，ISO 2556:2001及GB/T 1038-2000均（jun1）要求低壓（yā）側壓力不（bú）大於27 Pa，透氣性測試儀需（xū）要配備抽真空能力很高的真空（kōng）泵。由於真空（kōng）度（dù）的高低（dī）與試樣的狀態（tài）直接相關，因此，能否達到標準要求的真空度會對試驗數據產（chǎn）生一定的影響。

    其次，真空規（Vacuum Gauge）精度直接影響測試結果精度，而且精度的選擇會對真空規的量程有（yǒu）一定限製。由於氣體對這類材料的（de）滲透性低，因此在測試過程中測試下腔的壓（yā）力變化率也很小，所以真（zhēn）空規的量程無需太大。表1中列出了5種（zhǒng）高阻隔性材料的透氧（yǎng）性檢測的實測數據，在這組試驗中，至試驗結（jié）束（shù）時的最（zuì）大壓力（lì）變化量都不（bú）大於20Pa。

表（biǎo）1. 透氧數據實測表

    第三，溫度的變化能直接影響試樣的阻隔性。材料的（de）滲透係數、溶解度係數以及擴散係數受溫度（dù）變化的影響遵守Arrhenius方（fāng）程。

    目前，用於這（zhè）類氣體滲透性較低的材料的（de）專業透氣性測試設備發展很快（kuài），Labthink VAC-V1氣體滲透儀就可以完全（quán）滿足國標以及ISO標準，功能十分強大。

2、透氣度測試

    對於塑（sù）料泡沫、皮（pí）革、紡織品、紙板、紙張、多孔陶瓷等透（tòu）氣性較大的材料，用於一些特定領域時需要量化氣體對於這些（xiē）材料的滲透性，例如卷（juàn）煙紙的透氣性選擇是否恰當能直接影響煙（yān）支（zhī）的外觀、卷煙的吃（chī）味和煙氣成（chéng）分的含量，而對（duì）紡織品透氣（qì）性的控製（zhì）是直接影響衣物穿著舒適（shì）度的關鍵因素。對於這類材料氣體（tǐ）滲透性的（de）檢測（cè）我（wǒ）們稱為透氣度測試，試驗需（xū）要采（cǎi）用專業的透氣度測（cè）試儀。

    這類材（cái）料（liào）的（de）透氣度測試方法大體可以分為定流量（liàng）測壓差和定壓差測流量兩類（詳細內容請參閱《汽車工藝與材料》2005年9月和10月的《車用非金屬材料的透氣（qì）度檢測》）。定流量測壓差法主要用於聚氨酯泡沫塑（sù）料以（yǐ）及軟質或半硬質（zhì）多孔彈性材料的測試（shì）；定壓差（chà）測流量法主要應用於（yú）紡織品、無紡布、皮革（gé）、土工布等；紙、皮革等材料的透氣度檢測需測試在一定（dìng）壓差下透過試樣一定體積空氣的時間，這可歸為定壓差測流量一類，再通過測得的流量進行計算就可以了。

    透氣度測試相比之前介紹的（de）透氣性測試具有如下特點：

    首（shǒu）先，測試對象不同。透氣性測試主要（yào）用於檢測薄膜，而透（tòu）氣度測試主要檢測多孔材料、無紡布等。

    其次，透氣性測試可以檢測氧氣、氮氣、二氧化碳、空氣等氣體對材料的滲透性，而透氣（qì）度測試主要檢測空氣對材料的滲透性。

    第三，試（shì）驗（yàn）時間長短差異較大，透氣性測（cè）試時間長，透氣度（dù）測（cè）試時間要短（duǎn）的多，這主要是因（yīn）為兩種測（cè）試材料透氣性的（de）差（chà）別非常大。

    第（dì）四，由於透氣度測試主要檢測透氣性高（gāo）的材（cái）料，因（yīn）此設備無需使（shǐ）用高靈敏度的真空規或壓力傳（chuán）感器，對真空泵的抽真空能力要求也比較低，但要求（qiú）壓力傳感器具有很寬的量程，以滿（mǎn）足不同透氣量檢測的需要。

    第五，透氣度（dù）測試設備的關鍵元器件不僅有（yǒu）壓力傳感器和真（zhēn）空泵（bèng），流量計的精度和量程也非常重要。

    第六，不同的材料，由於檢測標準以及方法的差異，試驗數據的單位差別很大：如紡織品（pǐn）的最終測試結果是透氣率（mm/s），而（ér）皮革的最終測試結果卻是透氣量（ml/cm²·h）。配合專用操（cāo）作軟（ruǎn）件，同一款透氣度測試儀可以完（wán）成以上各（gè）種試驗數據的轉換。

    目前透氣度測試設備的發展很不均衡，例如現在市場上用於紡織物、紙張等材料的透氣度測試儀品種很多（duō），而用於聚氨（ān）酯泡沫塑料及多孔彈性材料透氣度（dù）的檢測設備卻很（hěn）少（shǎo）見。今年Labthink蘭（lán）光研發的（de）TQD-G1透氣度測試儀是一款同時具備定流量測壓差和定壓（yā）差測流量兩種模式的檢測設備，配合專業軟件，基本上能滿足（zú）多數非金屬材料的（de）透氣度測試需要，而且LabthinkMD传媒视频可以根據客戶的（de）檢測需要量身定（dìng）做指（zhǐ）定測試範圍和精度的透氣度測試儀，實用（yòng）性（xìng）更優。

3、總結

    同是檢測氣體對材料的滲透性，材料性能（néng）的差異引起了檢測設備的明顯變（biàn）化，根據檢測需要選擇相應的設備是獲（huò）得實用的測試範圍及精度的最佳方法。雖然對（duì）於軟包裝材料、卷（juàn）煙紙、紡織物等（děng）材料，市場上都已有專門（mén）的檢（jiǎn）測設備出售，但（dàn）是對（duì）於聚氨酯泡（pào）沫塑料、多孔彈性體等，TQD-G1透氣度測試儀的推（tuī）出無疑是對材料透氣性（xìng）控製的有（yǒu）利推動。