摘要: 本文詳細(xì)分析了認(rèn)為在壓差法中氣體壓力差的存在會(huì)影響透氣性測試結(jié)果這種觀點(diǎn)的錯(cuò)誤之處，并通過大量實(shí)測數(shù)據(jù)證明了在壓差法透氣性測試中施加在試樣兩側(cè)的壓力差不會(huì)對(duì)材料的透氣性（透氣量和透氣系數(shù)）帶來影響。
關(guān)鍵詞：壓力差，壓差法，抗壓強(qiáng)度，透氣量，透氣系數(shù)
存在一種觀點(diǎn)認(rèn)為在壓差法中氣體壓力差的存在會(huì)影響軟包裝高分子聚合物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進(jìn)而會(huì)影響透氣性測試結(jié)果——透氣量和透氣系數(shù)（是透氣量與薄膜厚度的乘積），然而通過一年多的跟蹤檢測與研究我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，同時(shí)也證明了它的論證證據(jù)不但不充分，而且是不科學(xué)的、錯(cuò)誤的。
1. 透氣量的定義
對(duì)透氣量定義的錯(cuò)誤理解是形成壓力差的存在會(huì)影響材料透氣性（通過透氣量來體現(xiàn)）這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)的一個(gè)重要原因。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1038和ASTM D1434中的定義，透氣量（氣體透過量）是在恒定溫度和單位壓力差下，在氣體穩(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，常用單位是cm3 / m2·d·atm。從定義上分析，ISO 2556標(biāo)準(zhǔn)中定義的Gas transmission rate也與透氣量一致。而另一個(gè)表征材料特性的透氣系數(shù)（氣體透過系數(shù)）是透氣量與薄膜厚度（檢測試樣的厚度是定值）的乘積。
水流或電流是會(huì)隨著施加在物體兩側(cè)的水壓或電壓的增大而增大的，按此模式分析，透氣量會(huì)受氣體壓力差的影響也是理所當(dāng)然的事情。不過請(qǐng)注意在透氣量定義中的“單位壓力差下”，它表明在計(jì)算透氣量時(shí)對(duì)于施加在試樣兩側(cè)的壓力差的大小是有嚴(yán)格規(guī)定的，這一點(diǎn)在透氣量的計(jì)算公式中也有明顯體現(xiàn)，所以無論具體試驗(yàn)過程中所施加的壓力如何變化，都不會(huì)影響材料的透氣量（進(jìn)一步計(jì)算可得透氣系數(shù)）。
2. 壓力差與材料結(jié)構(gòu)
曾經(jīng)有人形象地將薄膜材料比喻為海綿，認(rèn)為隨著施加壓力的增大會(huì)對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使其松散的結(jié)構(gòu)變地緊湊進(jìn)而增加氣體透過的困難。假設(shè)這種觀點(diǎn)是正確的，那么薄膜厚度會(huì)隨著測試時(shí)間的延長而逐漸減小，假設(shè)結(jié)構(gòu)的緊湊會(huì)增加氣體透過的困難，則透氣性測試數(shù)據(jù)應(yīng)隨連續(xù)測試次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出減小的趨勢。蘭光實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)來驗(yàn)證這種觀點(diǎn)的真?zhèn)?，我們選擇鋁箔復(fù)合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬于高阻隔、中阻隔、低阻隔三個(gè)范圍內(nèi)的材料，并且對(duì)同一試樣進(jìn)行了連續(xù)多次的透氣性測試，觀察連續(xù)測試結(jié)果的重復(fù)性以及測試前后試樣厚度的變化量（參見表1）。數(shù)據(jù)顯示，透氣性測試數(shù)據(jù)基本保持不變，而且試樣的厚度在試驗(yàn)前后也沒有出現(xiàn)變化，以此可以證明氣體壓力差會(huì)使得材料松散的結(jié)構(gòu)變地緊湊進(jìn)而影響透氣性測試結(jié)果的說法是錯(cuò)誤的。
表1. 透氧量、試樣厚度實(shí)測數(shù)據(jù)表
| 試樣 | 透氣性檢測 | 厚度檢測（μm） |
| 透氧量（ml/m2·24h·0.1MPa） | 溫度 | CV（％） | 試驗(yàn)前 | 試驗(yàn)后1 | Δd |
| 鋁箔復(fù)合膜 | 0.150 | 0.202 | 0.179 | 27℃ | 14.72 | 97.9 | 97.9 | 0 |
| PET薄膜 | 58.467 | 58.770 | 60.291 | 30℃ | 1.65 | 25.6 | 25.7 | 0.1 |
| PC薄膜 | 521.122 | 536.198 | 529.115 | 30℃ | 1.43 | 128.3 | 128.3 | 0 |
注：1. 厚度測量在試樣的有效試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，其他區(qū)域受真空酯的污染，測量意義不大。
其實(shí)薄膜材料的力學(xué)性能是非常好的，而此也是它們能獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。薄膜材料的抗壓強(qiáng)度是指材料在壓力緩慢作用下不破壞時(shí)，單位受力截面上所能承受的zui大力，PP的壓縮強(qiáng)度是39 MPa ~56MPa，普通PS的壓縮強(qiáng)度是80.5 MPa ~112MPa，改性PS的壓縮強(qiáng)度是28 MPa ~112MPa，而PA-66在干態(tài)時(shí)的壓縮強(qiáng)度更是達(dá)到了120MPa，可見薄膜材料通?？梢猿惺艿目箟簭?qiáng)度都是壓差法中施加在試樣兩側(cè)壓力差的幾百到幾千倍。而且我們在進(jìn)行軟包裝袋的密封性能檢測時(shí)也發(fā)現(xiàn)，盡管一般軟包裝袋的破裂壓力在0.1MPa左右，但是破裂點(diǎn)都集中在袋子的熱封邊緣，即使對(duì)于破裂壓力超過0.15MPa的軟包裝袋來講，其破袋處依舊在袋子的熱封處。可見若要在薄膜處出現(xiàn)破裂則需要更高的壓力，更何況壓差法低壓側(cè)的多孔紙已經(jīng)很好地起到了對(duì)試樣的支撐保護(hù)，所以壓差法中壓力差的存在不會(huì)對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
3. 壓力差與材料透氣性
材料透氣性究竟會(huì)不會(huì)受到壓力差的影響？即使排除了壓力差對(duì)材料結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生影響的疑慮，很多人還是認(rèn)為壓力差與材料的透氣性之間是存在的。這種觀點(diǎn)是*可以通過試驗(yàn)來進(jìn)行真?zhèn)悟?yàn)證的，如果材料兩側(cè)壓力差增大但透氣量和滲透系數(shù)保持不變，則可以證明壓力差的存在并沒有影響材料的透氣性。
蘭光實(shí)驗(yàn)室曾歷時(shí)數(shù)月對(duì)八種十余件試樣進(jìn)行了在不同氣體壓力差下的大量試驗(yàn)，試驗(yàn)選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個(gè)測試點(diǎn)下進(jìn)行，測試材料透氣量從1.5cm3/m2·24h·0.1MPa到7000cm3/m2·24h·0.1MPa。圖1是三種厚度不同的PET材料：PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）的滲透系數(shù)測試曲線。大量測試數(shù)據(jù)顯示壓差法中壓力差的變化并未對(duì)試樣的透氣量以及滲透系數(shù)產(chǎn)生影響。而基于本次試驗(yàn)的專題論文已經(jīng)在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì)議上發(fā)表，壓力差對(duì)材料透氣性不會(huì)產(chǎn)生影響的結(jié)論得到了各國專家學(xué)者的肯定與廣泛認(rèn)同。
圖1 PET薄膜滲透系數(shù)與壓力差關(guān)系圖
滲透系數(shù)單位：（E-12）cm3·cm/cm2·s·cmHg
然而可能有些人會(huì)認(rèn)為在這次試驗(yàn)中我們所采用的壓力差范圍還不足夠大，還遠(yuǎn)未達(dá)到薄膜材料抗壓強(qiáng)度極限。無*偶，在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì)議上，遠(yuǎn)在南美智利的協(xié)會(huì)成員也進(jìn)行了類似的學(xué)術(shù)研究，得到與我們一致的結(jié)論。智利方代表發(fā)表的《高壓處理對(duì)食品軟包裝材料機(jī)械性能、熱學(xué)性能、阻隔特性的影響》（INFLUENCE OF HIGH PRESSURE PROCESSING OVER MECHANICAL, THERMAL AND BARRIER PROPERTIES ON FLEXIBLE FOOD PLASTIC PACKAGING）一文中所進(jìn)行的研究更是將施加的壓力提高到
400MPa，相當(dāng)于壓差法檢測中壓力的4000倍，而且還特別針對(duì)特殊涂層材料的阻隔性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)論是對(duì)于金屬化材料以及鍍氧化硅薄膜，其阻隔性能受到一些影響（40％~50％），但是對(duì)于PE/EVOH/PE以及PET/PE材料其阻隔性檢測數(shù)據(jù)卻沒有明顯變化。考慮到在本次HPP處理中所施加的壓力是在壓差法測試中壓力的4000倍，而且也已經(jīng)超出了薄膜材料的抗壓強(qiáng)度的極限范圍，涂層材料在如此大的壓力下依然具有很好的阻隔性可見這些材料的透氣性
在壓差法測試中是不會(huì)因?yàn)橛袎毫Σ畹拇嬖诙艿接绊懙摹?/div>
4．總結(jié)
綜上所述，壓力差的存在會(huì)影響材料透氣性這一觀點(diǎn)是*經(jīng)不住實(shí)際檢驗(yàn)的，甚至其中還包括了對(duì)參數(shù)定義理解的錯(cuò)誤。無論是哪一家實(shí)驗(yàn)室只要進(jìn)行類似試驗(yàn)都會(huì)得到與蘭光實(shí)驗(yàn)室一致的結(jié)論。隨意想象等壓法中就*沒有壓力差、不會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)，而壓差法中有壓力差就一定影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的做法本身就非?；闹?，而且也*背離了檢測領(lǐng)域科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度。
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