| 摘要 |
本文詳細介紹了常用的各類阻隔性檢測指標的定義、應用范圍、以及相互之間的差異和換算關系，並給出了應用說明。 |
| 關鍵詞
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阻隔性,滲透性,透過系數,透過量,單位換算
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1、材料的阻隔性
任何物體都有一定的滲透性，差別僅是一些物體的滲透性比較高，另一些的滲透性比較低。高分子聚合物的可透性較低，用它對物品進行包裝可有效阻隔環境中氧氣、水蒸氣等的滲入，並保持包裝內的特定氣體成分，顯著提高物品的保質期。
通常，在使用高分子聚合物或由它制得的相關材料包裝物品時最關注材料對氧氣、二氧化碳、氮氣等常見氣體的阻隔性以及對水蒸氣的阻隔性，可用滲透性（Permeability）和透過量（Permeance）兩項指標加以描述。其中滲透性表征的是一種材料的特性，不隨材料厚度、面積等的變化而變化，而滲透物質的透過量只是一個制成品的性質，隨材料厚度、結構等的變化而變化。
2、氣體透過系數與氣體透過量
一般我們用氣體對材料的滲透性（即氣體透過系數）和氣體透過量評價材料的阻隔性，但是由於常見無機氣體對材料的滲透性能直接取決於材料對氣體的溶解度（S）以及氣體在材料中的擴散系數（D），所以在評價材料的阻隔性時應根據需要對材料的氣體透過系數、氣體透過量、溶解度、以及擴散系數進行綜合評定。
氣體透過系數（P）是在恆定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位時間內透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積，單位為：cm3·cm/cm2·s·Pa。氣體透過量（Q）是在恆定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位時間內透過試樣單位面積的氣體的體積，單位為：cm3/m2·d·Pa。它們之間滿足以下關系：
其中d是材料的厚度。
由於兩者的單位不同，所以在計算時必須統一計算單位。例如，當材料氣體透過系數的單位是cm3·cm/cm2·s·Pa而氣體透過量的單位是cm3/m2·d·Pa時，僅是在計算過程中引入的測試時間單位就相差86400倍，面積單位又相差10000倍，所以在國標GB 1038中給出了1.1574×10-9這個系數用於單位的統一。
目前，各標准中對材料的氣體阻隔性的指標定義比較混亂，如氣體透過率（Gas Transmission Rate，GTR）在ISO標准（ISO 2556，ISO 15105-1）中是穩定透過時在恆定溫度、單位壓差下單位時間內透過單位面積試樣的氣體體積（與國標GB 1038中氣體透過量的含義相同），單位是cm3/m2·d·atm；然而在ASTM D1434中它是指在試驗狀態下單位時間內透過單位面積試樣的氣體量，單位是mL（STP）/m2·d。因此建議大家在比對數據時首先要看清數據單位，以確定它們各屬於哪一項指標，然後將同項指標的所有比對數據換算成相同的單位再進行比較。在ASTM D1434中給出了幾組單位換算表，表1只是其中之一，用於氣體滲透性單位之間的換算。
表1. 常用氣體滲透性單位換算表
3、水蒸氣透過系數與水蒸氣透過量
一般我們用材料的水蒸氣滲透性（即水蒸氣透過系數）和水蒸氣透過量來評價材料的水蒸氣阻隔性，也有使用水蒸氣滲透量（Water Vapor Permeance）進行評價的，其中最常用的是材料的水蒸氣透過量。
水蒸氣透過系數（PV）是在規定的溫度、相對濕度環境中，單位時間內，單位水蒸氣壓差下，透過單位厚度、單位面積試樣的水蒸氣量，單位為：g·cm/cm2·s·Pa。水蒸氣透過量（WVT，在ISO 2528、ASTM F1249等標准中也稱為WVTR）是在規定的溫度、相對濕度，一定的水蒸氣壓差和一定厚度的條件下，1m2的試樣在24h內透過的水蒸氣量。單位為：g/m2·24h。兩者之間滿足以下關系：
其中d是試樣的厚度，△p是試樣兩側的水蒸氣壓差，可查濕空氣水蒸氣壓力表獲得。
水蒸氣滲透量（Water Vapor Permeance ，以下簡稱P）的概念在國標GB 1037中是沒有的，但在ASTM的標准中有涉及，是在指定的溫濕度條件下，試樣兩側在單位水蒸氣壓差下，單位時間內透過單位面積試樣的水蒸氣量，單位是g/m2·s·Pa，所以
其中△p是試樣兩側的水蒸氣壓差，而d是試樣的厚度。
材料的水蒸氣阻隔性的各項指標定義清晰，常用單位比較集中，可以參照表2（摘自ASTM E96）進行換算。
表2. 常用水蒸氣各類阻隔性單位換算表
注：表中壓強單位mmHg與Pa之間的換算是在0℃下進行的。
4、注意事項
首先，在進行測試數據比對時，需要注意試驗條件，包括測試環境溫濕度等。由於阻隔性測試受環境影響比較顯著，因此，無論是進行哪項阻隔性指標的比較，都需要在相同的試驗條件下進行試驗，否則單純比對數據沒有任何意義。
其次，材料的滲透性（包括氣體滲透性及水蒸氣滲透性）並非對所有材料都有意義，它僅對於均勻的單層材料有意義，可用作多層材料結構設計的指標使用。因此對於單層的均勻材料，材料的滲透性及透過量都具有實際使用意義，是阻隔性檢測中必須獲取的指標；但是對於多層復合材料或成品包裝膜，計算材料的滲透性沒有意義，只有材料的透過量纔有實用價值。當然，單層均勻材料滲透性的確定也不能僅由對一個試樣的檢測確定，必須對厚度不同的同種材料進行大量試驗以保證材料滲透性的准確。