薄膜厚度对氧气透过率的影响研究

摘要：薄膜的厚度是影响氧气透过量的重要因素。本文分别测试了厚度为10 μm、12 μm、15 μm、25 μm的同种材质的薄膜材料的氧气透过量，对比了该材质薄膜的氧气透过量随相应厚度变化情况，并介绍了试验原理、相关压差气体渗透仪的参数及适用范围、试验过程等内容，为材料氧气透过量的研究及测试提供参考。

关键词：厚度、氧气透过量、压差法、压差法气体渗透仪、薄膜材料、阻氧性能

1、意义

对于材质结构相同的包装材料而言，材料的厚度是影响其阻隔性能的重要因素。材料的厚度增加，延长了气体在包装材料中的渗透路径，使得气体从试样的一侧渗透到另一侧的时间增加，从而降低了渗透过材料的气体量，提高了材料对气体的阻隔性能。然而，材料厚度增加势必会提高包装成本，且环保性降低，因此，在选用包装时如何协调控制包装成本、保证包装环保性及阻隔性三者的关系，则需要研究材料厚度与其阻隔性能的关系。本文针对性测试了相同材质材料、不同厚度薄膜对应的氧气透过量，并绘制厚度与氧气透过量关系趋势图，以评价厚度对材料阻氧性的影响。

2、试验样品

本次试验以某种单层膜材料为试验样品，分别测试厚度为10μm、12μm、15μm、25μm样品的氧气透过量。

3、试验依据

目前，软塑包装材料氧气透过量的测试方法包括压差法、等压法(库仑计法)，本次试验采用压差法对样品进行测试，试验过程依据方法标准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

本文采用GPT-203压差法气体渗透仪测试样品的氧气透过量，该设备由济南赛成电子科技有限公司自主研发生产。

4.1 试验原理

仪器采用压差法测试原理，将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间，夹紧。首先对低压腔（下腔）进行真空处理，然后对整个系统抽真空；当达到规定的真空度后，关闭测试下腔，向高压腔（上腔）充入一定压力的试验气体，并保证在试样两侧形成一个恒定的压差（可调）；这样气体会在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透，通过对低压侧内压强的监测处理，从而得出所测试样的各项阻隔性参数。

4.2 适用范围

基础应用

薄膜——适用于各种塑料薄膜、塑料复合薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料的气体渗透性能测试

片材——适用于各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料的气体渗透性能测试，如PP片材、PVC片材、PVDC片材等

扩展应用

多种不同气体——适合于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、空气、氦气等

易燃易爆气体——适用于各种薄膜对易燃易爆气体的阻隔性能测试

生物降解膜——适用于生物降解膜的透气性能测试，如淀粉生物降解袋等

航空航天用材料——适用于航空航天用材料的气体透过率测试，如飞艇气囊的氦气透过性测试

纸及纸板——适用于纸及纸塑等复合材料的透气性测试，如烟包铝箔纸、利乐包装片材、方便面纸碗、一次性纸杯等

漆膜——适用于基材上涂覆油漆薄膜的透气性测试

玻纤布、玻纤纸等材料——适用于玻纤布、玻纤纸等材料的透气性测试，如特氟龙漆布、特氟龙高温布、氟硅胶布等

化妆品软管片材——适用于各种化妆品软管、铝塑管、牙膏管片材的气体透过性测试

各种橡胶片材——适用于各种橡胶片材的透气性测试，如汽车轮胎透气性测试

5、试验过程

(1) 从厚度为10 μm的样品表面裁取3片直径为97 mm的试样，在设备的三个测试腔周边均匀涂抹真空油脂，并各放置一片支撑用滤纸，然后将3片试样分别装夹在3个测试腔中，拧紧测试腔盖。

(2) 设备连接氧气气源。在控制软件中设置试样名称、试样厚度、试验温度、湿度及试验模式等参数信息，点击试验选项，打开真空泵，启动试验。设备按照设定的参数对试样的氧气渗透性能进行测试，并在试验结束后显示试验结果。

(3) 按照(1)、(2)中的步骤依次测试厚度为12 μm、15 μm、25 μm样品的氧气透过量。

6、试验结果

取每种样品3片试样测试结果的算术平均值为该样品的氧气透过量。本次所测得厚度为10 μm、12 μm、15 μm、25 μm样品的氧气透过量分别为84.608 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、67.069 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、56.483 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、29.164 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。根据样品厚度及对应的氧气透过量作图，如图2所示。

7、结论

本次试验利用压差法设备GPT-203 压差法气体渗透仪对4种厚度不同的相同材质薄膜样品的氧气透过量进行了测试，设备易于操作，试验效率高，试验结果的精度高，重复性好，可以真实的反映出样品对氧气的阻隔性能。从图2中可以看出，随着厚度的增加，样品的氧气透过量降低，说明样品对氧气的阻隔性能随样品厚度的增加而提高；另外，随着厚度的增加，样品氧气透过量的变化趋势变缓，即在样品厚度较薄时，厚度增加，样品的阻氧性能提高明显，但随着厚度的继续增加，厚度的变化对提高样品阻氧性能的影响变小。

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