凝胶类薄膜气体渗透性能的测试方法介绍

摘要：气体渗透性能是影响凝胶类薄膜使用性能的重要指标参数。本文通过对凝胶膜氧气透过量的测试及对试验过程、试验原理、设备参数及适用范围等内容的描述，介绍了如何利用压差法测试凝胶类薄膜的气体渗透性能，为凝胶膜使用性能的监控提供参考。

关键词：气体渗透性能、氧气透过量、气体渗透仪、压差法、凝胶膜

1、意义

凝胶膜是一种具有广泛应用的高分子材料，在气体分离、生物科技、医疗、电子、汽车等行业均有应用，适宜的透气性及选择渗透性能是凝胶膜得到如此广泛应用的重要条件之一。如用于气体分离的凝胶膜应具有高选择性与高渗透性；用于微生物载体的凝胶膜应在保证不泄漏微生物的基础上，能够提供保持微生物正常活性所需的氧气；在疤痕治疗应用中，通过凝胶膜降低微血管及胶原纤维水蒸气的蒸发及氧气供应，减少疤痕的再生。因此，通过对凝胶膜相应气体透过量的检测，及时了解凝胶膜的气体渗透性能，可为凝胶膜使用性能的控制与改善提供有效的数据依据。本文以凝胶膜氧气透过量的测试过程为例，介绍该类材料气体渗透性能的检测方法。

2、试验样品

本次试验测试了某种凝胶膜材料的氧气渗透性能。

3、试验依据

材料氧气透过量的测试方法主要分为压差法与等压法两种原理，鉴于压差法可测试气体种类较多，如氧气、氮气、二氧化碳、空气等，本次试验采用压差法原理测试凝胶膜样品的氧气透过量，依据的标准为GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》。

4、试验设备

本次试验利用VAC-V2压差法气体渗透仪对样品进行测试，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

图1  VAC-V2压差法气体渗透仪

4.1 试验原理
压差法是根据渗透气体压力随渗透时间的变化情况得到试样的气体透过量。装夹的试样将设备的测试腔分为高压腔与低压腔，高压腔内充填的是一定压力的待测试气体，低压腔内通过抽真空形成低压环境。试验时，气体在压力差的作用下由高压腔通过试样渗透到低压腔，低压腔内压力逐渐增加，当气体在试样两侧的渗透达到稳定状态时，低压腔内压力的增加量与渗透时间呈线性关系，通过测量此时单位时间内低压腔内压力的变化值计算试样的气体透过量。因本法中传感器监测的是渗透气体的压力，故而可测试气体的种类并不受限制，可用于多种气体透过量的测试。
4.2    设备参数
测试范围为0.05 ~ 50000 cm3/(m2•24h•0.1MPa)，真空分辨率可达到0.1 Pa；控温范围为5℃ ~ 95℃，控温精度为±0.1 ℃；控湿范围为0%RH、2%RH~98.5%RH、100%RH，控湿精度为±1%RH，可满足客户不同试验条件下的检测需求；三个完全独立的试验腔，可同时测试三种相同或不同的试样；可进行任意温度下的数据拟合，轻松获得极端测试条件下的试验结果；经过改制，本设备还可支持有毒气体、易燃易爆气体的测试；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。
4.3    适用范围
专业用于多种薄膜、片材试样在各种温度下的气体透过率、渗透系数、溶解度系数、扩散系数的测试。薄膜类包括各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料；片材类包括各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。
适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。可满足多项国家和国际标准，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、试验过程

(1) 从待测的样品表面裁制尺寸至少大于直径7 cm的试样3片。

(2) 在设备3个测试腔的周边均涂抹一层真空油脂，每个测试区域分别放置1片滤纸，将裁制的试样分别粘贴在3个测试腔上，并用夹紧装置夹紧。

(3) 设置试样名称、材质、厚度等试样信息及试验模式、抽真空时间等试验控制参数，点击“开始试验”选项，试验开始，打开真空泵。

(4) 设备按照设定的控制参数进行自动试验，试验结束后，设备根据测得低压腔压力随时间的变化情况，计算并显示试验结果。

6、试验结果

本次试验测得3片试样的测试结果分别为64.0591 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、69.3381 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、65.8406 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，则所测试凝胶膜的氧气透过量为测试结果的平均值66.4126 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、结论

气体渗透性能是凝胶膜材料的重要性能指标。本文采用压差法测试了凝胶膜样品的氧气透过量，测试过程简单，设备易于操作，试验效率高，且测试结果的精度高、准确性好，能够准确、快速的测试样品对氧气的阻隔性能。除氧气外，本设备还可用于测试薄膜或片状材料对氮气、二氧化碳、空气、氦气、六氟化硫等多种气体的渗透性能，具有极高的性价比。济南兰光机电技术有限公司是一家专业从事包装检测设备研发生产与包装检测服务的高新技术企业，始终致力于为客户提供高端、精准、贴心、高效的设备与服务。愈了解，愈信任！Labthink兰光期待与行业中的企事业单位增进技术沟通与合作。