摘要: 濕度變化會導(dǎo)致材料透氣性能變化，因此實現(xiàn)測試環(huán)境的溫濕度控制是檢測包裝材料在實際應(yīng)用環(huán)境中透氣性能的條件之一，可為避免由于環(huán)境變化而導(dǎo)致的設(shè)計失誤提供檢測手段。本文將介紹濕度對材料透氣性能的影響以及控制濕度的幾種方法。
關(guān)鍵詞：透氣性，濕度，控制，飽和鹽溶液
隨著透氣性檢測的普及，對包裝材料的透氣性能與包裝內(nèi)容物保存質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)性研究越來越深入，同時，如何科學(xué)、合理地選用包裝材料也成為了一門新的課題。然而由于測試環(huán)境溫濕度的變化會引起材料透氣性能的變化，因此測試條件與包裝的實際儲存、運(yùn)輸環(huán)境之間存在的差異是否會影響到對于材料透氣性能的正確評價頗受有關(guān)各方關(guān)注，同時力求實現(xiàn)對測試環(huán)境的溫濕度控制也成為透氣性檢測設(shè)備的發(fā)展方向之一。溫度對于材料透氣性能的影響非常明顯，已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注，對于透氣性檢測設(shè)備的溫度控制也已經(jīng)非常成熟。本文將介紹濕度對材料透氣性能的影響以及控制濕度的幾種方法。
1.濕度對材料透氣性的影響
軟包裝材料主要是由各種各樣的高分子聚合物制成的。有些高分子聚合物（如纖維素材料、尼龍6、PVA、EVOH等）中含有羥基—OH、酰胺基—CNH—等，這些聚合物對水敏感，若環(huán)境濕度升高，環(huán)境中的水分會向高分子聚合物中擴(kuò)散，相當(dāng)于加入了一定量的增塑劑，不僅會使材料中的自由體積增加，也使高分子的一些運(yùn)動單元重排運(yùn)動易于進(jìn)行，提供使氣體分子擴(kuò)散通過的瞬時縫隙的機(jī)會增多，使氣體的滲透系數(shù)增大。然而對于另外的一些高分子聚合物，例如含有酯基—C—O—、氰基—C=N的高分子聚合物，濕度升高并不影響材料的透氣性?？梢姖穸鹊淖兓瘯σ恍┎牧系耐笟庑詭碛绊懀@種情況與材料的極性及親水性有關(guān)。
為了消除濕度帶來的影響，要求在進(jìn)行試驗之前需按照同一調(diào)節(jié)環(huán)境進(jìn)行試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)，這樣測試數(shù)據(jù)才具有可比性。GB/T 1038-2000中規(guī)定試樣應(yīng)在GB/T 2918中規(guī)定的23℃±2℃環(huán)境下，將試樣放在干燥器中進(jìn)行48h以上狀態(tài)調(diào)節(jié)或按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定處理，其他透氣性測試標(biāo)準(zhǔn)也要求試驗前應(yīng)對試樣進(jìn)行干燥處理。
2.控制透氣性測試中的濕度
由于在實際應(yīng)用中對于測試環(huán)境濕度可控需求的增加，為了增強(qiáng)測試數(shù)據(jù)的實用性，在同一溫濕度條件下進(jìn)行的材料透氣性測試數(shù)據(jù)也可以進(jìn)行比對。然而濕度在影響材料透氣性的同時，本身也受溫度等因素的影響，而且濕度控制不能依靠其他介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo)必須對于測試氣體進(jìn)行直接控制，因此實現(xiàn)透氣性測試中的濕度控制要比實現(xiàn)溫度控制困難。
2.1 對等壓法測試氣體濕度的控制
等壓法的測試原理（參見圖1）是利用測試薄膜或薄片將滲透腔隔成兩個獨立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動的測試氣體（可以是純氧氣或是含氧氣的混合氣體），另一側(cè)為流動的干燥氮氣，試樣兩邊的壓力相等，但氧氣分壓不同，在氧氣的濃度差作用下，氧氣透過薄膜并被氮氣流送至氧傳感器中，由氧傳感器測量出氮氣流中攜帶的氧氣量，從而計算出材料的氧氣透過率。
圖1 等壓法測試原理
可見，對于等壓法來講，在整個測試過程中測試上腔和測試下腔中都有持續(xù)不斷的氣流通過，而試樣兩側(cè)氧氣分壓差的形成也是一種動態(tài)的平衡。這種動態(tài)的平衡不利于參數(shù)的準(zhǔn)確測量以及平衡的準(zhǔn)確控制，然而卻有利于對測試氣體進(jìn)行濕度控制，主要體現(xiàn)在氣流濕度測量的方便性、濕度的均勻性等幾個方面。目前實際應(yīng)用效果較好的加濕方法有干濕氣混合法、雙壓法，這兩種方法的濕度控制精度一般是±2％RH。
2.2 對壓差法測試氣體濕度的控制
壓差法測試原理（參見圖2）是利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的空間，先將試樣兩側(cè)都抽成真空，然后向其中一側(cè)充入0.1MPa（絕壓）的測試氣體，而另一側(cè)則保持真空狀態(tài)。這樣在試樣兩側(cè)就形成了0.1MPa的測試氣體壓差，測試氣體滲透通過薄膜進(jìn)入低壓側(cè)并引起低壓側(cè)壓力的變化。通過使用高精度測壓計測量低壓側(cè)的壓力變化量就可以利用公式計算得到氣體透過量。壓差法可用于氧氣、氮氣、二氧化碳、空氣等多種常見無機(jī)氣體的檢測。
圖2 壓差法測試原理
對于壓差法來講，在整個測試過程中，測試上腔和測試下腔中的測試氣體總量是一定的，而試樣兩側(cè)測試氣體壓力差的形成是一種穩(wěn)定的靜態(tài)平衡。靜態(tài)平衡非常有利于各項試驗參數(shù)的測量，然而卻給該法的測試氣體加濕帶來了一定的困難。過去一直沒有實現(xiàn)在一定濕度下的壓差法試驗，因此該法的濕度控制一直被視為不可實現(xiàn)的。今年Labthink蘭光依靠自身豐富的檢測設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗，總結(jié)各種加濕方法的優(yōu)劣，將飽和鹽溶液濕度發(fā)生法與干濕氣混合法加以結(jié)合，開發(fā)出*的于真空壓差法氣體滲透儀的濕度發(fā)生系統(tǒng)，來實現(xiàn)對各種干燥試驗氣體的加濕，從而得到具有一定濕度和溫度的試驗氣體，目前可實現(xiàn)0%～100％RH中各種濕度的發(fā)生，技術(shù)手段新穎。
3. 總結(jié)
實現(xiàn)測試環(huán)境的溫濕度控制是檢測包裝材料在實際應(yīng)用環(huán)境中透氣性能的條件之一，為避免由于環(huán)境變化而導(dǎo)致的設(shè)計失誤提供檢測手段。目前，通過干濕氣混合法、雙壓法可以實現(xiàn)對于等壓法中測試氣體的濕度控制，而由Labthink蘭光開發(fā)的SHG-01 濕度發(fā)生裝置實現(xiàn)了對于壓差法測試氣體的濕度控制。
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