不同厚度薄膜材料阻隔性能的比较研究

　　摘要：增减薄膜材料厚度是改善包装阻隔性能的重要措施之一，然而材料厚度的增加势必会提高包装成本并加重环境负担。本文通过对不同厚度薄膜材料氧气透过量的测试，探究增加复合膜材料中不同单层膜结构的厚度对包装整体阻氧性的影响，并介绍了设备VAC-V2压差法气体渗透仪的试验原理、参数及适用范围、试验过程等内容，为如何有效提高包装材料的阻隔性能提供参考。

　　关键词：薄膜材料，厚度，阻隔性，氧气透过率，氧气透过量，阻氧性，压差法气体渗透仪，复合膜

1、意义

　　阻隔性能是包装材料保护内部产品的基本性能之一，不同产品性状的差异决定了其对所用包装材料的阻隔性能要求的差异。包装材料的阻隔性能与材质结构、厚度等因素有关，对于材质相同的薄膜材料而言，厚度增加，阻隔性能有所提高。

　　复合膜材料是被大多数产品普遍采用的塑料包装，其通过将不同种类的单层膜材料复合制成的包装形式可充分利用不同材料的优势性能以满足产品的包装要求。由于不同种类单层膜在包装结构中发挥的主要作用不同，增加不同结构层材料的厚度对提高包装整体阻隔性的效果迥异。因此，盲目增加包材厚度可能既达不到预期的阻隔性，又严重影响包装的环保性并提高了包装成本。本文通过对不同厚度薄膜材料氧气透过量的测试，对比分析不同结构层厚度增加对包装阻氧性能的影响。

2、试验样品

　　本次试验以PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三种不同厚度与结构的复合膜材料为样品，测试其氧气透过量。

3、试验依据

　　本文采用压差法原理对样品进行测试，试验过程依据标准GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》进行。

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。

4.1 试验原理

　　压差法是通过压力差实现气体渗透过程，并根据气体压力的变化计算气体透过量。将试样装夹在设备的测试腔之间，使测试腔分为上、下两个腔，下腔通过抽真空形成低压环境，上腔充入一定压力的试验气体形成高压环境，试验气体从高压腔通过试样渗透到低压腔，引起低压腔压力变化，根据所测得低压腔压力随渗透时间的变化情况，可计算试样的气体透过量等相关参数。

图1  VAC-V2 压差法气体渗透仪

4.2 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：如各种塑料薄膜、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：如各种工程塑料、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。

4.3设备参数

　　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，可满足试样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。

5、试验过程

　　(1) 用取样器从待测试的三种样品表面各裁取直径为97 mm的试样一片。

　　(2) 在设备的三个测试腔周边均涂抹一层薄薄的真空油脂，然后在每个测试腔上依次放入滤纸、试样，轻轻按压试样，赶走试样与测试腔接触部位的气泡，合上测试腔上盖，并拧紧。

图2 试样装夹过程

　　(3) 设置试样名称、试样厚度、试验温度、试验湿度等参数信息，打开真空泵，点击开始试验选项，试验开始。设备按照设定的参数进行试验，并在试验结束后显示试验结果。

6、试验结果

　　所测试PET(12µm)/PE(45µm)、PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)三种样品的氧气透过量分别为106.297 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、87.406 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、45.617 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、结论

　　从试验结果来看，与PET(12µm)/PE(45µm)样品相比，材料厚度增加的PET(12µm)/PE(60µm)、PET(25µm)/PE(45µm)两种样品的氧气透过量均降低，其中PE层厚度增加15 μm样品的氧气透过量降低幅度较低，而PET层厚度增加13 μm样品的氧气透过量降低幅度较高。这说明试样厚度增加提高了包装整体的阻氧性能，由于PET层在所测试样品中承担主要的阻氧作用，增加PET层厚度更加有利于提升包装整体的阻氧性能。

　　从试验过程来看，本次研究仅通过一次试验获得了三种样品的氧气透过量测试结果，试验效率高。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，现有设备除本文所采用的压差法气体渗透仪外，还包括氧气透过率测试系统，水蒸气透过率测试系统、智能电子拉力试验机、摩擦系数仪、厚度测试仪、冲击试验仪、密封试验仪、热封强度测试仪、热缩试验仪、热粘强度测试仪、顶空气体分析仪等检测设备，了解相关设备及检测服务信息，可登陆济南兰光公司网站查看或致电咨询。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。