改性聚丙烯薄膜对材料阻氧性能的影响分析

摘要：材料改性是改善薄膜材料性能的重要途径，本文通过对改性前的聚丙烯薄膜、纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜氧气透过率的测试，分析了添加纳米SiO_x对聚丙烯材料阻氧性能的影响，并介绍了试验原理、试验参数、适用范围，试验过程等内容，为相关研究与应用行业检测材料的氧气透过率及改性方式的筛选提供参考。

关键词：氧气透过率、阻氧性能、压差法气体渗透仪、聚丙烯、纳米SiOx改性聚丙烯、阻隔性能

1、意义

聚丙烯材料是一种被普遍使用的高分子材料，具有强度高，耐磨性好，阻湿性高，耐化学性好等优点，而在柔韧性、抗冲击性能、阻氧性能等方面不尽如人意，为了改善聚丙烯材料的性能，提高其使用效果，常通过材料改性方式对原材料进行性能提升。

材料改性方式包括接枝改性、共聚改性、交联改性、共混改性等，改性材料包括云母、碳酸钙、EVA等高分子材料、无机纳米材料、玻璃纤维等，其中纳米SiO_x为改性聚丙烯材料常用材料之一，可显著提高材料的强度。本文通过对纳米SiO_x改性前后聚丙烯材料氧气透过率的测试，分析这种改性方式对聚丙烯材料的阻氧性能的影响及实际效果。

2、试验样品

普通聚丙烯薄膜、纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜。

3、试验依据

目前薄膜材料氧气透过率的测试方法包括压差法、等压法两种，本文采用压差法原理对试验样品进行测试，所依据标准为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

本次试验所采用的试验设备为VAC-V2压差法气体渗透仪，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

压差法原理是指试验过程中试样两侧保持一定压力差，通过测试低压侧压力变化情况，测试试样气体透过量的试验方法。设备的测试腔被装夹的试样分成上、下两个腔，其中上腔为高压腔，充填一定压力的试验气体，下腔为低压腔，通过抽真空形成低压环境，试验气体从高压腔通过试样渗透到低压腔，通过监测低压腔内压力随时间的变化情况，得到试样的气体透过量。

4.2 试验参数

设备的测试范围为0.05 ~ 50,000 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；有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Lystem^TM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

(1) 本设备专业用于多种薄膜、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。

(2) 本设备还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。

(3) 本设备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。

(4) 本设备可满足多项国家和国际标准，如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、试验过程

5.1 普通聚丙烯薄膜的测试

(1) 裁样 从普通聚丙烯薄膜样品表面裁取直径为97 mm的试样3片。

(2) 装样 在设备3个测试腔表面涂抹一层真空油脂，并分别在测试区域放置一片滤纸，将裁制的3片试样分别粘贴在测试腔表面，排除测试腔与试样间的空气，并用夹紧装置夹紧。

(3) 试验 在设备控制软件中设置试样名称、厚度、抽真空时间等参数信息，点击试验选项，打开真空泵，试验开始，设备自动按照设定参数进行试验，并在试验结束后显示测试结果。

5.2 纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜的测试

按照5.1中裁样—装样—试验过程测试纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜样品的氧气透过量。

6、试验结果

本次试验所测试的普通聚丙烯薄膜试样的试验结果分别为543.2 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、561.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、549.1 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧气透过量取测试结果的平均值551.3 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜试样的试验结果分别为512.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、520.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、506.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧气透过量取测试结果的平均值513.5cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、结论

从试验结果来看，纳米SiO_x改性聚丙烯薄膜样品的氧气透过量低于普通聚丙烯薄膜样品的氧气透过量，说明改性后聚丙烯薄膜的阻氧性能有所提高；每种样品三个测试结果间的偏差较小，重复性好；从试验过程来看，试验过程简单，设备易于操作，自动化程度高。材料所采用的改性方式、改性材料不同会对材料的阻隔性产生不同的影响，通过对材料气体透过量的测试可量化阻隔性能的变化情况，为改性材料的研发及质量控制提供数据依据。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，现有设备包括水蒸气透过率测试仪、氧气透过量检测设备、气体透过量检测设备、智能电子拉力试验机、摩擦系数仪、热封试验仪、密封试验仪、抗冲击试验仪等等。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。