薄膜透氧性測試 ——等壓法

    透氣性測試設備所使用的方法大都可歸為壓差法和等壓法兩類，它們的測試原理不同，測試條件差別較大，但在阻隔性測試領域中都佔有很重要的地位。材料的透氧性直接影響被包裝物的保存質量和保存時間，是備受關注的性能指標之一，通常進行的材料透氣性檢測也主要是針對材料的透氧性進行的。

1、等壓法概述

    等壓法這個概念是從標准 ISO 15105-2 得來的，即是標准中描述的 Equal-pressure method，這種表達方式正好與 ISO 15105-1 中的 Differential-pressure method（壓差法）相對應，可使整個透氣性測試領域的方法的分類更加條理。目前應用於透氣性檢測的等壓法主要是傳感器法（另外還有氣相色譜法）。

    ISO 15105-2 中給出的傳感器法測試原理（見圖 1）如下：利用試樣將滲透腔隔成兩個獨立的氣流系統，一側為流動的測試氣體（A，可以是純氧氣或是含氧氣的混合氣體），另一側為流動的乾燥氮氣（B）。試樣兩邊的壓力相等，但氧氣分壓不同。在氧濃度差的作用下，氧氣透過薄膜並被氮氣流送至傳感器中，由傳感器精確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. 傳感器法測試原理圖

2、等壓法的測試標准

    與 ISO 15105-2 等同的 ASTM 的標准有 ASTM D 3985、ASTM F 1927、ASTM F 1307 等，此外德國、日本等國家也有相應的標准。

    等壓法在測試試樣兩側保持常壓，使得試樣兩側的壓力相等，這也給容器透氧性檢測奠定了基礎，可避免由於容器壁兩側壓差過大導致容器爆裂的情況。在常用的 ASTM 標准中， ASTM F 1307 就是用於檢測容器的氧氣透過性，而 ASTM D 3985 用於檢測薄膜、片材的氧氣透過性，它們在世界范圍內的應用十分廣泛，得到了許多國家的認可。

    在 ASTM F 1307 的試驗方法中對 氧傳感器及其相關設備的使用方法與 ASTM D 3985 相似， 將測試設備的容器檢測附件拆卸之後，同一款設備完全可以按照 ASTM D 3985 進行薄膜、片材的透氧性測試。因此等壓法透氧儀可以進行薄膜、容器透氧性能的雙重檢測，實現一機多用。

3、等壓法的試驗流程

    等壓法的試驗流程簡單明了（如圖 2 所示，藍色管路中是測試氣體，紅色管路中為氮氣氣流，流動方向沿箭頭方向所示）。測試過程可以分為 吹掃系統零點、向測試上腔引入氧氣流、傳感器輸出值（透氧量）穩定（判斷滲透已達到平衡）、得到試驗結果。測試時，下腔的氮氣流量是否合適將直接影響試驗結果，因此等壓法透氧儀對氮氣流調節裝置以及檢測流量計都有很高的要求。

圖 2. 等壓法試驗流程

    試驗結束後，首先關閉氧氣氣源，停止向測試上腔供氧氣，並將系統調整到吹掃狀態（下腔氮氣流繞過傳感器）。若儀器近期還需要進行試驗，為防止空氣反向滲透進入系統，可把氮氣流調至 5ml/min 左右長期對系統供氣，當然也可以關閉密封閥。若儀器近期內不再使用，可在使用密封閥密封後關閉氮氣氣源。

4、等壓法檢測薄膜透氧性

    利用等壓法檢測薄膜透氧性已在國際上得到了比較多的應用，一些包裝檢測設備制造商都推出了自己的等壓法透氧儀，盡管它們都遵循等壓法測試原理，但是具體的試驗步驟、傳感器的性能、以及試樣的尺寸與裝夾都具有各自的特點。

    現以 Labthink TOY-C1透氧儀為例做簡單介紹： 試樣尺寸為φ 140mm，如果試樣厚度大於 1mm 需在裝夾時添加相應附件；可以進行三腔測試，在裝夾試樣的過程中需要使用真空脂密封試樣邊緣，應注意不要讓真空脂污染到測試區域（試樣裝夾完畢後如圖 3 所示）；測試過程與之前介紹的試驗流程相同。

圖 3. 薄膜試樣裝夾完畢的 TOY-C1 透氧儀

5、展望

    等壓法透氧性測試設備在國際貿易中的產品檢測已經十分常見，但我國目前尚沒有制定出相應的標准。不過，隨著我國包裝業國際化速度的加快，國內的等壓法測試也將會有一個新的面貌出現。

    Labthink 蘭光是國內研發制造等壓法透氧性檢測設備的廠商， TOY-C1 型透氧儀的推出打破了我國等壓法阻隔性檢測設備被國外品牌壟斷的形式，得到了國內外包裝業的普遍關注。尤其是對於國內包裝企業來講， Labthink 蘭光在等壓法阻隔性檢測領域的涉足無疑能為他們提供更完善的技術支持。