| 摘要 |
本文簡要介紹了等壓法檢測薄膜透氧性的原理，並詳述了如何利用 Labthink TOY-C1 檢測薄膜的透氧性，從而實現了檢測容器和薄膜透氧性的雙重功能。 |
| 關鍵詞
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薄膜,透氧性,TOY-C1
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相信大家都已經對今年 Labthink蘭光最新推出的阻隔性檢測設備TOY-C1透氧儀有所耳聞了。確實，TOY-C1憑借著其包裝物透氧性檢測的專用用途已經成為國內阻隔性測試行業的一大亮點，首次亮相2005年3月廣州琶洲華南包裝展就已經成為了眾人矚目的焦點。它的出現不但填補了國內在容器阻隔性測試領域中的空白，而且全方位地提昇了Labthink蘭光在國際阻隔性測試領域中的地位。
可是，即使是容器制造商有時也會需要檢測一些片材、薄膜的透氧量，而這種檢測需求有時也是很大的，因此如果是單獨購買一臺容器透氧性專用設備，確實還有再添置一臺薄膜透氧性測試設備的需求。對於這些用戶，如果能夠選擇一臺既能檢測包裝物透氧性能又能檢測薄膜透氧性能的設備，無論是在資金的支出、設備的實際利用率等方面都會更加理想。TOY-C1就是這樣一種“全能”的測試設備，它不但能夠檢測包裝物的透氧性，而且也能夠方便地檢測薄膜、片材的透氧性。在4月4日的“蘭光實驗室論壇”上，我們著重介紹了TOY-C1容器檢測的使用方法，那麼，今天我們再來著重介紹一下用TOY-C1檢測薄膜透氧性的方法。
1、測試原理
正如試驗標准 ASTM F 1307中所述：This test method employs a coulometric oxygen sensor and associated equipment in an arrangement similar to that described in Test Method D 3985.（這種試驗方法按照與測試方法 D 3985 所描述的相似方式使用庫侖氧氣傳感器及其相關設備。） 將透氧性測試設備的容器檢測附件撤掉後，設備可按照 ASTM D 3985進行薄膜、片材的透氧性測試。Labthink TOY-C1正是按照這兩種標准設計制造的，所以用戶可以進行等壓法薄膜透氧性試驗。測試原理如圖1所示：試樣將測試腔分為A腔和B腔兩部分；A腔中保持有0.1MPa一定流速的純淨氧氣流，B腔內吹有0.1MPa一定流速的氮氣流；當氧氣從A腔滲透通過試樣進入B腔後，會被B腔中的氮氣流攜帶至氧傳感器處，氧傳感器測定一定流速的氮氣流中的氧含量並輸出相應的電信號。
圖 1. 等壓法測試原理圖
2、TOY-C1薄膜試驗
進行薄膜試驗時，試樣的制取和裝夾都與壓差法測試相似，簡單方便。Labthink蘭光還隨機配備了專用的薄膜取樣器方便操作者制取試樣。試樣裝夾完畢後如圖2所示。
圖 2. TOY-C1薄膜透氧性試驗的試樣裝夾示意圖
薄膜試樣的尺寸是φ 140mm，如果試樣厚度大於1mm那在裝夾時需要添加相應附件。TOY-C1可以進行三腔測試，必須注意的是，在一次試驗中裝夾的試樣都必須是完全一樣的，需取自同一材料！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。
測試過程與容器透氧性測試幾乎完全相同：先吹掃系統， 確定“系統零點”值；再 向上腔引入 氧氣流，傳感器輸出值緩慢上昇（表示有氧氣滲透通過試樣進入 B腔）；當透氧量穩定在某一數值，可以判斷滲透已經達到平衡，此時的透氧量即為試驗結果。
測試時，下腔的氮氣流量是否合適將直接影響試驗結果，因此設備對監控氮氣流速的調節裝置和流量計的要求都特別高。TOY-C1在監控氮氣流速上采用的全部都是精度極高的一流產品，完全可以保證流速的控制精度。
3、數據測試及穩定性
TOY-C1的測量范圍是0～1000.00ml/m2·day（使用特殊附件時，測量范圍可以擴大到0～10000.00ml/m2·day），測試分辨率可達0.01ml/m2·day。試驗曲線如圖3所示。
圖 3. TOY-C1薄膜透氧性測試曲線
選擇 A、B、C、D四種試樣使用Labthink TOY-C1進行透氧性檢測。試樣的測試溫度、厚度以及試驗結果等均列於表 1中。
表 1. 試驗數據表
試樣 | 厚度μm | O2 GTR 實測數據 | O2 GTR（mean） | S | CV% | 測試溫度℃ |
A | 20 | 6.29 | 6.44 | 0.14 | 2.13 | 23 |
6.47 |
6.56 |
B | 20 | 10.37 | 12.17 | 1.59 | 13.08 | 23 |
13.38 |
12.77 |
C | 20 | 32.66 | 33.15 | 0.44 | 1.33 | 23 |
33.27 |
33.52 |
D | 25 | 46.36 | 49.97 | 3.98 | 7.97 | 23 |
49.30 |
54.24 |
注： O2 GTR的單位是： ml/m2·day
總體上來講， TOY-C1的數據穩定性較好。影響數據穩定的主要有兩方面原因：一是試樣均一性不好，如果試樣狀態均一、而且操作人員在取樣時注意試樣的選擇就可以有較大的改善；還有就是溫度的波動對試驗影響較大。溫度變化對等壓法測試的影響與壓差法相同，感興趣的讀者可以參閱2005年2月21日蘭光實驗室論壇文章《溫度變化對材料阻隔性的影響》。
4、設備特點
TOY-C1采用的氧傳感器在正常使用的情況下預期能夠使用12～30個月，有效降低檢測成本。試樣的數目可以少於三件，只需在不裝夾試樣的測試腔中裝夾上設備自帶的“空白試樣”，並修改系統設置中的試樣件數後就可以正常測試了，這不但延長了傳感器的使用壽命，而且還能擴大設備的量程。
試驗過程不受供電情況的影響，停電時僅是無法監控測試系統而已，並不影響試驗進度。而且該設備的消耗功率很小，正常工作時會小於 30W。