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薄膜透气性测试压差法与等压法的对比

  薄膜透气性测试就是检测薄膜对常见无机气体(O2、CO2、N2等)的阻隔性,常见的测试方法主要有压差法与等压法,它们的测试原理不同,测试条件差别较大,但在整个阻隔性测试领域中都占有很重要的地位。
 
  1、压差法
  真空法是压差法中最具代表性的一种测试方法。它的测试原理(见图1)是利用试样将渗透腔隔成两个独立的空间,先将试样两侧都抽成真空,然后向其中一侧(A高压侧)充入0.1MPa(绝压)的测试气体,而另一侧(B低压侧)保持真空状态。这样在试样两侧就形成了0.1MPa的测试气体压差,测试气体渗透通过薄膜进入低压侧并引起低压侧压力的变化。通过使用高精度真空规测量低压侧的压力变化量就可以利用下面的公式(由ISO15105-1给出)计算得到测试气体的气体透过量(GTR)。由真空法得到的气体透过量单位是:cm3/m2·24h·0.1MPa。
  ·式中:VC是低压侧的体积;
 
  ·T是试验温度(热力学温度);
 
  ·pu是高压侧的气体压强;
 
  ·A是有效渗透面积;
 
  ·dp/dt是当渗透状态稳定后,在低压侧单位时间内压强的变化量;
 
  ·R是气体常数。
 
  真空法测试标准很多,比如:ISO2556、ISO15105-1、ASTMD1434(M法)、GB1038、JISK7126(A法)等。
 
  真空法是采用负压差方法来实现试样两侧0.1MPa的压差,当然也可以通过正压差的方法来实现。正压差法也是一种压差测试方法,最常用的正压差法是体积法。由于体积法无需对渗透腔抽真空,也不用进行真空度的保持,所以降低了设备制造以及透气性试验的难度,相应地设备的制造成本跟真空法设备相比可能会有一定的降低。相关的测试标准有ASTMD1434(V法)等。
  2、等压法
  目前应用于透气性检测的等压法只有化学传感器法,它主要用于氧气透过性检测,测试原理(见图2)如下:利用试样将渗透腔隔成两个独立的气流系统,一侧为流动的测试气体(A,可以是纯氧气或是含氧气的混合气体),另一侧为流动的干燥氮气(B)。试样两边的压力相等,但氧气分压不同。在氧气的浓度差作用下,氧气透过薄膜并被氮气流送至传感器中,由传感器精确测量出氮气流中携带的氧气量,从而计算出材料的氧气透过率。由传感器法直接测得且未经校正的氧气透过量,其常用单位是:cm3/m2·d。ISO15105-2提供的氧气透过量(O2GTR)计算公式如下:
  ·式中:U是试样测试时的输出电压信号;
 
  ·Uo是电压零信号;
 
  ·k是设备的校正因子;
 
  ·Pa是环境大气压;
 
  ·Po是测试气体中的氧气分压差;
 
  ·A是有效渗透面积。
 
  传感器法的相关标准有:ISO15105-2,ASTMD3985,ASTMF1927,ASTMF1307等。