摘要: 本文論證了不但在壓差法的試樣兩側存在氣體壓力差，而且一般在等壓法的試樣兩側也存在氣體壓力差，但是由于等壓法缺少有效的壓力差消除手段，因此壓力差更容易對試樣產(chǎn)生影響。通過(guò)大量試驗，由試驗數據分析說(shuō)明壓差法中試樣兩側存在的壓力差對材料的結構以及透氣性試驗數據都沒(méi)有影響。
關(guān)鍵詞：壓力差,壓差法,等壓法,透氣性
壓差法和等壓法是薄膜透氣性測試通常使用的兩種方法。有種觀(guān)點(diǎn)認為軟包裝所采用的高分子聚合物其結構狀態(tài)會(huì )因壓差法中壓力差的存在而受到影響，進(jìn)而會(huì )影響透氣性測試結果，同時(shí)也不符合軟包裝材料的實(shí)際應用環(huán)境。通過(guò)實(shí)際試驗數據以及測試方法分析證明這種認識是非常膚淺的，所得出的結論也并不正確。
1．壓力差普遍存在于各類(lèi)透氣性測試方法中
按照壓差法試驗原理，在試樣的兩側會(huì )形成預先設定的測試氣體壓力差，但其氣體壓力差的梯度方向是確定的，因此我們會(huì )采取措施來(lái)消除壓力差直接作用在材料上的影響。實(shí)際試驗證明，在壓差法低壓側采用多孔紙來(lái)支撐試樣可以很好地消除壓力差對試樣的影響，使得試樣可以保證不出現變形。在壓差法試驗過(guò)程中。
盡管我們稱(chēng)氧傳感器等方法為等壓法，但是這不代表在等壓法中試樣兩側的壓力就是*一致而不存在壓力差。實(shí)際上，在等壓法中需要通過(guò)控制氣體氣流來(lái)實(shí)現對試樣兩側測試氣體濃度差的控制，不過(guò)要使得靜態(tài)的氣體流動(dòng)起來(lái)需要動(dòng)力源，這個(gè)動(dòng)力源就是氣源壓力，因此只有改變壓力才能改變氣流流速。由于標準測試方法中對上下腔的氣流流速要求不同，基于流量的手動(dòng)調節以及環(huán)境溫度、氣壓等種種因素，在實(shí)際應用中只有小心嚴格操作才能保證試樣兩側的壓力一致，懸浮放置的試樣才不會(huì )變形（試驗過(guò)程中的試樣狀態(tài)如圖2所示），否則在試樣兩側也有壓力差的存在。然而與通常的認識有所不同的是，壓差法考慮到壓力差這一因素，已經(jīng)在低壓側添加濾紙支撐試樣?？墒窃嚇釉诘葔悍ㄖ袃蓚榷紵o(wú)支撐，所以盡管試樣兩側一般僅存在很小的壓力差，在實(shí)際試驗過(guò)程中較薄、較軟的試樣出現變形的幾率卻更高（如圖3所示，試樣上凸或者下凹取決于壓力差的梯度方向，是否出現變形可在試驗結束后打開(kāi)測試腔時(shí)觀(guān)察到），從而試樣更容易出現拉伸、變薄的情況。
2．壓差法中壓差對材料的透氣性并無(wú)影響
阻隔性測試的檢測對象是材料的微觀(guān)特性，所以要考證聚合物材料在壓差法中是否因為壓力差的存在而使得材料狀態(tài)結構產(chǎn)生變化，并對壓差法測試中壓差的存在與材料透氣性測試數據的關(guān)系進(jìn)行分析和驗證，需要借助試樣在試驗前后的物理指標進(jìn)行判斷。我們選擇了兩項zui相關(guān)的測量指標進(jìn)行分析：同一試樣多次測量的試驗結果重復性以及測試前后試樣厚度的變化量。
按照一些人的觀(guān)點(diǎn)，由于在試樣兩側存在氣體壓力差會(huì )使試樣的微觀(guān)結構由松散變的更加緊湊，即是一種將結構松散的物質(zhì)壓“實(shí)”的過(guò)程，而且這種結構的變化效果應該隨著(zhù)加壓時(shí)間的延長(cháng)而更加顯著(zhù)。若這種觀(guān)點(diǎn)成立，則在材料經(jīng)受較長(cháng)時(shí)間的壓力差作用之后試樣的厚度會(huì )減小，同時(shí)，由于材料的阻隔性能與材料的物質(zhì)結構有關(guān)，因此透氣性數據應該隨著(zhù)連續測試次數的增長(cháng)而呈現出減小的趨勢。
在這次的試驗驗證工作中，我們選擇了鋁箔復合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬于高阻隔、中阻隔、低阻隔三個(gè)范圍內的材料，因此通過(guò)這組測試數據得出的結論可以適用于透氣性屬于各種范圍的材料。測試設備選用Labthink VAC-V1壓差法氣體滲透儀以及CHY-C2測厚儀。實(shí)測數據分別列于表1和表2中。
表1. 透氧量實(shí)測數據表
| 試樣 | 透氧量1 | 試驗溫度 | CV（％） |
| 鋁箔復合膜 | 0.150 | 27℃ | 14.72 |
| 0.202 | 28.1℃ |
| 0.179 | 27.3℃ |
| PET薄膜 | 58.467 | 30.2℃ | 1.65 |
| 58.770 | 29.6℃ |
| 60.291 | 30.1℃ |
| PC薄膜 | 521.122 | 30.3℃ | 1.43 |
| 536.198 | 30.4℃ |
| 529.115 | 30.3℃ |
注：1. 透氧量的單位是：ml/m2·24h·0.1MPa。
表2. 試樣厚度實(shí)測數據表
| 試樣 | 厚度（μm） |
| 試驗前 | 試驗后1 | Δd |
| 鋁箔復合膜 | 97.9 | 97.9 | 0 |
| PET薄膜 | 25.6 | 25.7 | 0.1 |
| PC薄膜 | 128.3 | 128.3 | 0 |
注：1. 厚度測量在試樣的有效試驗區域內進(jìn)行，其他區域受真空酯的污染，測量意義不大。
在本組試驗中每一個(gè)試樣連續進(jìn)行3次透氣性檢測，而且在同一試樣的相鄰兩次試驗中間無(wú)更換濾紙、打開(kāi)測試腔等操作。分析表1中數據不難看出3個(gè)試樣的連續試驗數據的重復性都很好，3個(gè)試樣的透氧量數據都沒(méi)有表現出隨測試次數增加而出現減小的趨勢。不過(guò)在進(jìn)行高阻隔試樣的檢測時(shí)，無(wú)論采用等壓法還是壓差法，測試數據的重復性都要比中低阻隔材料差，此時(shí)傳感器的分辨率成為數據重復性的主要影響因素。
表2中數據顯示試樣的厚度在試驗前后也沒(méi)有出現變化。這樣看來(lái)有關(guān)壓力差的存在會(huì )影響材料的狀態(tài)進(jìn)而影響透氣性測試結果的說(shuō)法是不成立的。
3．總結
壓差法中試樣兩側存在壓力差對材料的結構以及阻隔性試驗數據是沒(méi)有影響的，同時(shí)也告誡我們只有以實(shí)際測試為基礎才能獲得真實(shí)可靠的結論。此外有些人認為壓差法測試環(huán)境與包裝材料的實(shí)際應用相差太大，在實(shí)際包裝應用中材料兩側沒(méi)有壓差，其實(shí)這也是錯誤的認識，食品、藥品包裝常用的真空包裝、充氣包裝在包裝內外都是存在氣體壓力差的，可見(jiàn)作為技術(shù)理論十分成熟的壓差法透氣性測試在有著(zhù)的應用是有其深刻道理的。
