| 氣體透過率、透過量以及透過系數(shù)應(yīng)用指南 |
| 摘要: 本文詳細(xì)介紹了三項(xiàng)透氣性參數(shù)（氣體透過率、透過量以及透過系數(shù)）的定義、應(yīng)用范圍以及相互之間的差異和換算關(guān)系，同時(shí)對(duì)于目前、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中定義不清晰的情況給予說明。 關(guān)鍵詞：透氣性，透過率，透過量，透過系數(shù) 目前，國內(nèi)、標(biāo)準(zhǔn)在一些透氣性參數(shù)的定義上存在細(xì)微差異，致使參數(shù)概念及應(yīng)用較為混亂。這不但會(huì)影響數(shù)據(jù)傳遞，同時(shí)還能引起對(duì)材料評(píng)價(jià)的失誤。本文著重分析透氣性參數(shù)氣體透過率、氣體透過量以及氣體透過系數(shù)的定義，對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行介紹，并指出實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的問題。 1. 透氣性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)定義 由于在等壓法中存在載氣（氮?dú)猓┑哪嫦驖B透，使得它與傳統(tǒng)壓差法存在著本質(zhì)上的不同，是兩類不同的測(cè)試方法。測(cè)試方法的差異會(huì)對(duì)其應(yīng)用范圍以及參數(shù)定義帶來影響（例如等壓法基本上只用于進(jìn)行氧氣檢測(cè)，而壓差法對(duì)于測(cè)試氣體幾乎沒有限制），因此這里按照測(cè)試方法的種類分別對(duì)透氣性參數(shù)的定義進(jìn)行介紹。 1.1 壓差法 1.1.1 ASTM D1434-82 ASTM D1434-82中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)有以下三個(gè)： 1. Gas Transmission Rate (GTR): The quantity of a given gas passing through a unit of the parallel surfaces of a plastic film in unit time under the conditions of test. The SI unit of GTR is 1 mol / (m2·s). 譯文：氣體透過率（GTR）：在試驗(yàn)環(huán)境下，在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上透過塑料薄膜兩平行平面的特定氣體總量。GTR的SI單位為mol / (m2·s)。 2. Permeance (P): The ratio of the gas transmission rate to the difference in partial pressure of the gas on the two sides of the film. The SI unit of permeance is 1 mol / (m2·s·Pa). 譯文：（氣體）透過量（P）：氣體透過率與薄膜兩側(cè)的測(cè)試氣體分壓差的比值。透過量的SI單位為mol / (m2·s·Pa)。 3. Permeability (P): The product of the permeancethe thickness of a film. The SI unit of P is 1 mol / (m·s·Pa). 譯文：（氣體）透過系數(shù)（P）：（氣體）透過量與薄膜厚度的乘積。P 的SI單位為mol / (m·s·Pa)。 1.1.2 ISO 2556:2001 ISO 2556:2001中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)只有一個(gè)： Gas transmission rate: The volume of gas which, under steady conditions, crosses unit area of the sample in unit time under unit pressure differenceat constant temperature. The rate is usually expressed in cm3 / m2·d·atm. 譯文：氣體透過率：在一定的溫度下，在單位時(shí)間內(nèi)單位壓力差下，穩(wěn)定透過單位面積試樣的氣體體積。單位為：cm3 / m2·d·atm。 1.1.3 GB/T 1038-2000 GB/T 1038-2000中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)有兩個(gè)： 1. 氣體透過量（Qg）：在恒定溫度和單位壓力差下，在穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過試樣單位面積的氣體的體積。以標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示，單位為：cm3 / m2·d·Pa。 2. 氣體透過系數(shù)（pg）：在恒定溫度和單位壓力差下，在穩(wěn)定透過時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。以標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的體積值表示，單位：cm3·cm / cm2·s·Pa。 注：GB/T 1038-2000非等效采用ISO 2556:1974《塑料——常壓下薄膜和薄片氣體透過率測(cè)定——測(cè)壓計(jì)法》。 1.1.4 總結(jié) 分析標(biāo)準(zhǔn)定義及結(jié)果單位可以看出，在GB/T 1038-2000、ASTM D1434-82、ISO 2556:2001這些壓差法標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于氣體透過系數(shù)的定義是一致的；而對(duì)氣體透過量的表示卻有些差異，GB/T 1038-2000“氣體透過量（Qg）”= ASTM D1434“Permeance (P)”= ISO 2556“Gas transmission rate”，單位都可轉(zhuǎn)化為cm3 / m2·24h·0.1MPa的形式。 1.2 等壓法 1.2.1 ASTM D3985-05 ASTM D3985-05中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)有以下三個(gè)： 1. Oxygen Transmission Rate (O2GTR): The quantity of oxygen gas passing through a unit area of the parallel surfaces of a plastic film per unit time under the conditions of test. The SI unit of transmission rate is the mol / (m2·s). 譯文：氧氣透過率（O2GTR）：在試驗(yàn)環(huán)境下，在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上透過塑料薄膜兩平行平面的氧氣總量。氧氣透過率的SI單位為mol / (m2·s)。 2. Oxygen Permeance (PO2): The ratio of the O2GTR to the difference between the partial pressure of O2 on the two sides of the film. The SI unit of permeance is the mol / (m2·s·Pa). 譯文：氧氣透過量（PO2）：氧氣透過率與薄膜兩側(cè)的氧氣分壓差的比值。氧氣透過量的SI單位為mol / (m2·s·Pa)。 3. Oxygen Permeability Coefficient (P’O2): The product of the permeancethe thickness of film. The SI unit of oxygen permeability is the mol / (m·s·Pa). 譯文：氧氣透過系數(shù)（P’O2）：氧氣透過量與薄膜厚度的乘積。氧氣透過系數(shù)的SI單位為mol / (m·s·Pa)。 1.2.2 ISO 15105-2:2003 ISO 15105-2:2003中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)有以下兩個(gè)： 1. Gas-transmission rate (GTR): Volume of gas passing through a plastic material, per unit areaunit time, under unit partial-pressure difference between the two sides of the material. O2GTR is the oxygen-transmission rate, expressed in moles per square metre second pascal [mol / (m2·s·Pa)]. O2GTR is generally expressed in cubic centimetres per square metre 24h [cm3 / (m2·24h)]. 譯文：氣體透過率（GTR）：單位時(shí)間內(nèi)單位壓力差下穩(wěn)定透過單位面積薄膜材料的氣體體積。O2GTR是氧氣透過率，單位是mol/ (m2·s·Pa)。O2GTR通常使用的單位是：cm3 / (m2·24h)。 2. Gas permeability (P): Volume of gas passing through a plastic material of unit thickness, per unit areaunit time, under unit partial-pressure difference between the two sides of the material. P is expressed in mole metres per square metre second pascal [mol·m / m2·s·Pa]. 譯文：氣體透過系數(shù)（P）：單位時(shí)間內(nèi)單位壓力差下穩(wěn)定透過單位面積上單位厚度的試樣的氣體體積。P的單位為：mol·m / m2·s·Pa。 1.2.3 GB/T 19789-2005 GB/T 19789-2005中，用于描述材料透氣性能的參數(shù)有三個(gè)： 1. 氧氣透過率（O2GTR）：在試驗(yàn)條件下，在單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積試樣的氧氣數(shù)量。常使用的氧氣透過率單位是cm3 / (m2·24h)。 2. 氧氣透過量（PO2）：氧氣透過率與試樣兩側(cè)氧氣分壓之差的比值。常用的氧氣透過量單位是cm3 / (m2·24h·0.1MPa)。 3. 氧氣透過常數(shù)（  ）：氧氣透過量與試樣厚度之積。常用的氧氣透過常數(shù)單位是cm3 / (m·24h·0.1MPa)。注：GB/T 19789-2005修改采用ASTM D 3985-1995《塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗(yàn)方法——庫侖計(jì)檢測(cè)法》。 1.2.4 總結(jié) 通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)定義以及結(jié)果單位的分析可以看出，對(duì)于等壓法，GB/T 19789-2005、ASTM D3985-05、ISO 15105-2:2003各標(biāo)準(zhǔn)中的氧氣透過系數(shù)定義及單位是一致的，只是GB/T 19789-2005中將其翻譯為氧氣透過常數(shù)；而對(duì)氣體透過量的表示存在差異，GB/T 19789-2005“氧氣透過量（PO2）”= ASTM D3985-05“Oxygen Permeance (PO2)”= 15105-2:2003 “Gas-transmission rate (GTR)”。需要注意的是ISO 15105-2:2003標(biāo)準(zhǔn)不只是用于氧氣滲透性能的檢測(cè)，因此并沒有將透氣性參數(shù)的概念限制在氧氣測(cè)試的范圍內(nèi)。 2. 透氣性參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用 氣體透過率是單位時(shí)間透過單位面積試樣的氣體的體積，它由材料本身的阻隔性能和材料兩邊測(cè)試氣體分壓差兩個(gè)因素決定。氣體透過率與測(cè)試環(huán)境和試樣個(gè)體有關(guān)，氣體透過量只與測(cè)試試樣自身有關(guān)而與環(huán)境無關(guān)，至于氣體透過系數(shù)則僅與試樣的材質(zhì)有關(guān)，是材料本身的性質(zhì)。 通常，我們只關(guān)注包裝材料的氣體透過量（單位：cm3 / m2·24h·0.1MPa）和氣體透過系數(shù)。除去由于標(biāo)準(zhǔn)定義差異帶來的影響外，嚴(yán)格來講氣體透過率是很少用到的，這與氣體透過率受測(cè)試氣體分壓差而變化有很大關(guān)系，不利于數(shù)據(jù)比對(duì)。此外，對(duì)于氣體透過系數(shù)的使用還存在誤區(qū)，氣體透過系數(shù)并非對(duì)所有材料都有意義，它僅對(duì)于均勻的單層材料有意義，而且應(yīng)用前必須已經(jīng)通過檢測(cè)多種厚度的材料證明其數(shù)據(jù)的一致性，但是對(duì)于多層復(fù)合材料，檢測(cè)其氣體透過系數(shù)是沒有意義的。該系數(shù)主要為進(jìn)行復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供便利。 3. 總結(jié) 對(duì)于透氣性參數(shù)的名稱定義以及數(shù)據(jù)單位不一致的問題應(yīng)該引起有關(guān)方面的重視。對(duì)于使用者而言，可以借助比較結(jié)果單位是否一致的方法來確定在不同標(biāo)準(zhǔn)中提及的參數(shù)意義是否相同，而不能僅關(guān)注參數(shù)名稱，以免用于數(shù)據(jù)比對(duì)時(shí)出現(xiàn)混亂，給業(yè)界的溝通交流造成障礙。 |
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