摘要: 本文對(duì)在本次塑料包裝材料阻隔性能測(cè)試能力驗(yàn)證項(xiàng)目中出現(xiàn)的一些具體測(cè)試問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并結(jié)合實(shí)際設(shè)備研發(fā)和使用經(jīng)驗(yàn)對(duì)于這些存在問(wèn)題給予解決方法和建議。
關(guān)鍵詞：氧氣透過(guò)量，水蒸氣透過(guò)量，測(cè)試環(huán)境，稱重法，滲透平衡
至今，“塑料包裝材料阻隔性能測(cè)試——氧氣透過(guò)量和水蒸氣透過(guò)量的測(cè)試”實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證項(xiàng)目已經(jīng)告一段落，通過(guò)本次能力驗(yàn)證*（CNCA）圓滿地實(shí)現(xiàn)了對(duì)我國(guó)阻隔性檢測(cè)行業(yè)的能力摸底。然而，在本次能力驗(yàn)證中還暴露出了一些在當(dāng)前阻隔性檢測(cè)上普遍存在的問(wèn)題，部分實(shí)驗(yàn)室更是因?yàn)闆](méi)有充分認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題而致使其測(cè)試數(shù)據(jù)被判為“離群”或“可疑”。在此我們對(duì)于這些問(wèn)題進(jìn)行一下總結(jié)。
1. 明確阻隔性檢測(cè)的試驗(yàn)條件
受常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目的誤導(dǎo)，有些試驗(yàn)人員誤認(rèn)為23℃的試驗(yàn)條件也通用于阻隔性檢測(cè)。實(shí)際上，在進(jìn)行氧氣透過(guò)量和水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)時(shí)需要*執(zhí)行測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)，并采用標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)條件。但是標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的試驗(yàn)條件有時(shí)也不止一種。例如對(duì)于水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)，ISO 2528中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件有以下5種：25±1℃、90±2％RH；38±1℃、90±2％RH；25±1℃、75±2％RH；23±1℃、85±2％RH；20±1℃、85±2％RH。但是ISO 15106系列標(biāo)準(zhǔn)中給出的試驗(yàn)條件卻是以下5種：25±0.5℃、90±2％RH；38±0.5℃、90±2％RH；40±0.5℃、90±2％RH；23±0.5℃、85±2％RH；25±0.5℃、75±2％RH。而國(guó)標(biāo)GB/T 1037中給出的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件為38±0.6℃、90±2％RH；23±0.6℃、90±2％RH。還有幾個(gè)水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)條件與以上標(biāo)準(zhǔn)要求都不一致，例如ASTM E96。不考慮溫濕度控制誤差的差別，對(duì)比可見只有38℃、90％RH這個(gè)試驗(yàn)條件是滿足各個(gè)水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求的。對(duì)于氧氣透過(guò)量檢測(cè)也存在類似的情況。因此，在綜合考慮各個(gè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的要求后，通常采用23℃、0％RH作為氧氣透過(guò)量檢測(cè)的試驗(yàn)條件，而采用38℃、90％RH作為水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)的試驗(yàn)條件，但是它們與GB/T 2918所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（23℃、50％RH）都不一致。
由于環(huán)境溫濕度變化會(huì)對(duì)材料的性能帶來(lái)影響，同時(shí)會(huì)顯著影響阻隔性檢測(cè)數(shù)據(jù)，因此參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一試驗(yàn)條件是開展本次能力驗(yàn)證項(xiàng)目的前提。本次能力驗(yàn)證中特別注明要在23℃、0％RH的條件下檢測(cè)材料的氧氣透過(guò)量，在38℃、90％RH的條件下檢測(cè)材料的水蒸氣透過(guò)量。部分實(shí)驗(yàn)室就是由于沒(méi)有把握好試驗(yàn)條件，使得實(shí)際試驗(yàn)條件與檢測(cè)要求不一致而致使給出了可疑甚至離群的結(jié)果。對(duì)于這種情況，這些實(shí)驗(yàn)室只要更正了試驗(yàn)條件就能得到滿意的測(cè)試結(jié)果。
2. 非自動(dòng)稱重法檢測(cè)設(shè)備的誤差分析
在本次能力驗(yàn)證中，共有67家實(shí)驗(yàn)室參加水蒸氣透過(guò)量測(cè)試（其中提供有效測(cè)試數(shù)據(jù)的有66家），只有10家實(shí)驗(yàn)室未采用稱重法檢測(cè)設(shè)備（其中有6家采用紅外線傳感器法設(shè)備、4家采用電解傳感器法設(shè)備），其中實(shí)驗(yàn)室間離群的僅有2家，均非采用稱重法設(shè)備。盡管從*次總體測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看，在本次能力驗(yàn)證的水蒸氣透過(guò)量測(cè)試中被判為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)離群和可疑的實(shí)驗(yàn)室多數(shù)采用的是稱重法檢測(cè)設(shè)備，但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)室采用設(shè)備進(jìn)行細(xì)分后可知使用非自動(dòng)稱重法設(shè)備與使用全自動(dòng)稱重法設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)情況相差很大。
使用非自動(dòng)稱重法設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)情況是無(wú)離群實(shí)驗(yàn)室，但是占可疑實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的50％，其實(shí)驗(yàn)室內(nèi)比對(duì)情況是占離群實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的87.5％，占可疑實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的62.5％。然而采用全自動(dòng)稱重法設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室無(wú)實(shí)驗(yàn)室間、內(nèi)離群的情況，僅有3家實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)被判為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可疑（其中還摻雜著試驗(yàn)條件的影響）。因?yàn)闆](méi)有一家采用基于稱重法測(cè)試原理設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室被判為實(shí)驗(yàn)室間離群，可知稱重法檢測(cè)設(shè)備（無(wú)論是全自動(dòng)檢測(cè)還是非自動(dòng)檢測(cè)）的系統(tǒng)誤差都是在國(guó)家認(rèn)可的范圍內(nèi)。而非自動(dòng)稱重法設(shè)備的測(cè)試誤差卻顯著影響其測(cè)試精度，因此使用這類檢測(cè)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室被判為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)離群的數(shù)量占到全部離群數(shù)量的87.5％。
稱重法是透濕性測(cè)試的基礎(chǔ)方法，其測(cè)試數(shù)據(jù)是其他方法數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，而以增重法為代表的非自動(dòng)稱重法的測(cè)試誤差是無(wú)法避免的，所以大力發(fā)展減重法測(cè)試并選擇全自動(dòng)稱重法檢測(cè)設(shè)備是稱重法*的發(fā)展方向。過(guò)去由于檢測(cè)方法單一，使得非自動(dòng)稱重法設(shè)備的測(cè)試誤差表現(xiàn)沒(méi)有這么突出，不過(guò)隨著其它全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的廣泛使用，使得非自動(dòng)稱重法檢測(cè)設(shè)備的缺點(diǎn)更加明顯。使用非自動(dòng)稱重法檢測(cè)設(shè)備的參加實(shí)驗(yàn)室在本次能力驗(yàn)證中所出數(shù)據(jù)都不理想，被判為可疑甚至離群的實(shí)驗(yàn)室總數(shù)占采用非自動(dòng)稱重法設(shè)備實(shí)驗(yàn)室總數(shù)的52.2％，這個(gè)驚人的數(shù)據(jù)使得該方法設(shè)備的使用現(xiàn)狀引起了廣泛的關(guān)注，同時(shí)也為今后各類檢測(cè)機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行阻隔性設(shè)備選購(gòu)提供了可借鑒的寶貴資料。
3. 氧氣透過(guò)量測(cè)試的穩(wěn)定判斷及試驗(yàn)條件
當(dāng)前用于氧氣透過(guò)量測(cè)試的方法主要有壓差法和等壓法兩類，壓差法的應(yīng)用更加廣泛。在本次能力驗(yàn)證中有69家實(shí)驗(yàn)室參加氧氣透過(guò)量測(cè)試，其中只有13家實(shí)驗(yàn)室采用等壓法檢測(cè)設(shè)備。影響氧氣透過(guò)量測(cè)試數(shù)據(jù)的因素較多，按照測(cè)試方法的不同而有差異。
首先對(duì)于壓差法，需要特別注意的是系統(tǒng)所能達(dá)到的真空度以及抽真空的時(shí)間。試驗(yàn)證明，抽真空時(shí)間過(guò)短會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。這一方面是由于在試驗(yàn)的過(guò)程中，真空管路的“出氣”被算作滲透通過(guò)試樣的測(cè)試氣體（壓力傳感器不區(qū)分氣體的種類），導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)偏大，而且測(cè)試數(shù)據(jù)不穩(wěn)定（重復(fù)性不好）。另一方面由于材料雖然進(jìn)行過(guò)預(yù)處理，但是材料表面仍會(huì)存在一些雜質(zhì)并有氣體滲入其中，抽真空時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響材料表面雜質(zhì)以及滲入其中的氣體的排除程度。抽真空越*，排除效果越好，測(cè)試數(shù)據(jù)越穩(wěn)定。試驗(yàn)腔的體積與抽真空所需的時(shí)間有關(guān)，體積縮小，則所需的抽真空時(shí)間也會(huì)縮短，但是對(duì)于真空法設(shè)備，當(dāng)抽真空時(shí)間太短時(shí)，系統(tǒng)保壓難度較大。透氣性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于抽真空時(shí)間以及系統(tǒng)所應(yīng)達(dá)到的真空度是有明確要求的，例如國(guó)標(biāo)GB/T 1038中要求在真空系統(tǒng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的真空度（27Pa）后要再持續(xù)抽真空3小時(shí)以上。由于擅自縮短抽真空時(shí)間而導(dǎo)致的測(cè)試數(shù)據(jù)離群或可疑的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)延長(zhǎng)抽真空時(shí)間就可以獲得準(zhǔn)確而滿意的測(cè)試數(shù)據(jù)。
對(duì)于等壓法來(lái)講，需要特別注意測(cè)試系統(tǒng)的吹掃以及滲透平衡的判定。系統(tǒng)吹掃是將載氣引入傳感器中持續(xù)吹掃以使系統(tǒng)內(nèi)部的氧含量達(dá)到極低的狀態(tài)，吹掃的情況可以影響測(cè)試精度，是傳感器法測(cè)試中非常關(guān)鍵的一步。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于系統(tǒng)吹掃時(shí)間的要求非常明確，一般認(rèn)為至少需要數(shù)小時(shí)。與壓差法不同，由于標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)判定方法的欠缺目前等壓法中滲透平衡的判定還*依賴于試驗(yàn)人員的觀察。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)后測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)試數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性越好，而在剛剛進(jìn)入試驗(yàn)狀態(tài)不久的時(shí)間點(diǎn)上取得的試驗(yàn)結(jié)果往往會(huì)與試樣達(dá)到滲透平衡的真實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的差距?？梢娙绻麧B透是否達(dá)到穩(wěn)定僅僅依靠操作者主觀判斷的話，會(huì)顯著影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這直接導(dǎo)致了等壓法測(cè)試數(shù)據(jù)可能因人而異的現(xiàn)狀。在此只能建議盡可能延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，尤其是對(duì)于高阻隔試樣的檢測(cè)。
4. 總結(jié)
以上幾個(gè)問(wèn)題在本次能力驗(yàn)證中表現(xiàn)比較突出，然而，由于阻隔性檢測(cè)試驗(yàn)是一項(xiàng)比較微觀的檢測(cè)，因此還有一些事項(xiàng)在具體的試驗(yàn)操作中應(yīng)引起重視，例如試樣裝夾的情況，等壓法吹掃時(shí)間的確定，透濕杯操作、試樣準(zhǔn)備，以及對(duì)于損耗性傳感器的有效保護(hù)等等?？上驳氖牵ㄟ^(guò)本次能力驗(yàn)證項(xiàng)目，多數(shù)應(yīng)注意的操作問(wèn)題已得到有效解決，其它問(wèn)題也已經(jīng)引起操作人員的密切注意，這為今后規(guī)范操作步驟、降低人為操作誤差、統(tǒng)一測(cè)試數(shù)據(jù)做好了鋪墊。
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