如何利用压差法测试透气度?

(1)实验原理

压差法的试验原理如图3-4所示,气体从高压侧通过阻隔材料的侧而流至低压侧,在塑料薄膜的一侧造成真空或负压,使薄膜两侧产生压差,测量其通过阻隔材料的压差变化。采用压差法能够在短时间内准确地测量出透过透气性较低的塑料薄膜的微量气体量。

如何利用压差法测试透气度?配图1

图3-4压差法原理

1-进气口2-出气口3-试样4-软橡皮圈;5-玻璃盘6-水银7-毛细管

低压侧透气室的体积应保持不变,测量压力增加的速率。利用此原理,将一根玻璃测压管用环氧胶封入透气室的底板里,底板上部的凹面上放人一个烧结玻璃盘,以形成一个总的平接面,用试样盖住玻璃盘后,再放上一个软橡皮圈使透气室完全密封。抽空透气室后,注人所测气体,当压力计的压力稳定在一个适当值时(应控制在6.67~13.33Pa范围内)使仪器斜放,让水银从贮器中流入毛细管和U形管,然后把仪器重新放回垂直位置上。由于气体透过试样,造成压力上升,这个值由毛细管的水银面下降高度表示,如图3-5所示。

如何利用压差法测试透气度?配图2

图3-5 确定氧气透过率的水银柱下降高度

(2)L100-4200型薄膜透气率测定仪

L100-4200型薄膜透气率测定仪适用于测定塑料薄膜、复合薄膜、皮革等材料的透气率。在薄膜的一侧保持13.33Pa的气压,在另一侧形成真空(负压),试验气体在该仪器内的压差作用下,由压力高的一侧渗透到压力低的一侧,测量结果以mL/( m2·24h)表示。

如何利用压差法测试透气度?配图3

图3-6 L100-4200型薄膜透气率测定仪

1-机架;2-面板;3-浮子流量计;4,6-测量室;5-试样;7-试样夹紧;8-真空计;9-电缆;10-打印纸控制;11-打印机;12-显示器;13-键盘

①结构及工作原理 L100-4200型薄膜透气率测定仪由微处理机控制记忆贮存单元、测量室、水循环冷却恒温箱、两级真空泵和带减压装置的气体供给系统组成,如图3-6所示。试验气体进入上测量室,进入的气压由减压阀控制,流量大小由流量计指示,在上、下测量室之间装夹试样,下测量室与真空计连接,由真空泵产生负压,真空度由真空计指示,除进气管道设置在上测量室外,其他的管路接头都安装在主机后面板上。

图3-7是L100-4200型薄膜透气率测定仪的管路图,由瑞士LYSSY公司所研制,全部检测程序固化在微机贮存器内,整个测试过程用微机控制,测试结果自动打印输出。

如何利用压差法测试透气度?配图4

图3-7L100-4200型薄膜透气率测定仪管路

②主要技术参数

a.测量范围:1~10.000mL/(m2-24h)。

b.系统灵敏度:0.02mL/(m2· 24h)。

c.检测器最低响应:0.02mL/(m2- 24h)。

d.试样尺寸:100mm×100mm。

e.试样厚度:0.01~2mm。

③校准程序

a.安装仪器,接通水冷循环系统,连接真空泵及供气系统。

b.清除测量室中的残余气体。仪器安装后,应在上、下封口表面轻轻涂一层油脂,把铝箔放在测量室中间,在较高的温度下,把温度控制在50℃,让其在夜间排放残余气体,然后进行温度调节。

c.适当选择压力间隔。由于测量系统的各种密封环节都有渗透,微机测量系统将自动调整,若选择650~750Pa之间的压力间隔,易排除残余气体,以减少对测量值的影响。

d.选用一个已知渗透量的热塑性标准试样——聚酯膜,当选择压力是0~13.33Pa时,真空计的响应特性不依赖于气体的热导率。因此,可以用一种气体校准仪器,并得到一系列固定参数,用这些参数来测量其他气体。这些固定参数已打印并随仪器带给用户。

另外,BTY-Bl透气性测试仪适用于塑料薄膜、复合膜等材料的氧气、氮气、二氧化碳等多种气体透气性与阻隔性测试。它采用了绝热隔湿技术,使测试条件更趋稳定一致,并由计算机全自动控制,试验高效准确,其主要技术参数如下。

a.测量范围:1~10000cm3/ (m2 - 24h-0.1MPa)。

b.分辨率:0.01Pa。

c.使用温度:0~50℃(标准23℃)。

d.试样尺寸:$86mm。

e.透过面积:38.48cm2。

f.试样数量:1个,2个,3个。

g.试验气体:O2 、N2、CO2等纯度99.9%之干燥气体。

此外,VAC-V2压差法气体渗透仪的主要技术参数如下。

a.测试范围:0.05~50000cm3/(m2·24h·0.1MPa)(常规);上限不小于500000cm3/(m2·24h·0.1MPa)(扩展体积)。

b.控温范围5~95℃,精度士0.1℃。

c.控湿范围RH 0、RH 2%~98.5%、RH 100%,精度RH±1%。

d.测试腔真空度<20Pa。

e.试样尺寸97mm。

f.试样数量3件(数据各自独立)。

g.透过面积38.48cm2。

h.试验气体O2、N2 、CO2等气体。

(3)测试方法

按照国家标准GB 1038“塑料薄膜透气性试验方法”进行试验。整个试验过程在要求的恒温条件下进行。具体测试步骤如下。

①按照国家标准GB 6672测量试样厚度。每组试样3个,至少选取5个测量点,取算术平均值。

②把直径75mm的圆形试样放在直径66mm的粗滤纸上,并密封于透气室中,用橡皮管将透气室与主管连接,接头处用真空封胶密封。此时透气室压力计中的水银全部在贮器中。

③关闭透气室高压侧活塞,进行抽真空。用高频真空检漏计探测高压侧,检查薄膜试样有无漏气现象。在确定薄膜试样无针孔、不漏气之后,打开高压侧活塞继续抽真空至规定的真空度(应控制在13.33~1.333Pa范围内)。将贮器中的水银倾入透气室的压力计中。

④将干燥气体输入贮气瓶至规定的压力,打开透气室高压侧活塞,立即记录透气室压力计中水银柱高度(读至0.5mmHg)和高压侧的压力(读至1mmHg。以后每隔--定时间,记录透气室中压力计的水银柱高度,在达到稳定透过之后,继续记录三次,取算术平均值。需注意,时间间隔的选择,以透气室压力计中汞柱高度下降5mm为宜。透气室压力计汞柱每次下降高度相差不超过10%,可认为达到稳定透过。

⑤试验结束后取下透气室,将透气室中压力计的水银全部倒回贮器中,取出试样,准备进行下一次试验。

⑥计算气体透过量、透气系数。

在一定温度下,试样两侧保持一定的气体压差,气体的透气系数(P)和透气量(Q的计算方法为:

如何利用压差法测试透气度?配图5

式中Pg——透气系数,cm3·cm/( cm2·s·Pa);

Qg——透气量,cm3 /(m2·24h·Pa);

Δp/Δt—在稳定透讨时,单位时间内低压侧气压变化的算术平均值,Pa/s;

V——低压侧容积,cm3;

A——试样的试验面积,cm2或m2;

l——试样厚度,cm;

T——试验温度,K;

T0——标准状态下的温度,273.15K;

P0——标准状态下的气体压力,1.0133×105Pa;

P1一P2——试样两侧的压差,Pa。

试验结果以每组试样的算术平均值表示,至少取两位有效数字。

例如,根据国家标准GB 1038“塑料薄膜透气性试验方法”,选用BTY-B1透气性测试仪(压差法)测试分析了12μmPET、20μmPET薄膜和18μmPET镀铝薄膜在不同温度条件下的氧气、二氧化碳透气率,透气率随温度变化曲线(图3-8)表明,PET薄膜、PET镀铝薄膜对H2O、O2和CO2的透气率随着温度的升高而增加,PET薄膜对氧气、二氧化碳气体具有显著的选择透过性,12μm、20μmPET薄膜的CO2透气率明显高于О2透气率,且CO2透气率是О2透气率的2倍左右。PET镀铝薄膜对O2、CO2气体的透气率都很低,具有优异的阻隔性能,但它对氧气、二氧化碳气体没有显著的选择透过性。

如何利用压差法测试透气度?配图6

图3-8 PET薄膜的透气率-温度变化曲线

(4)影响透气系数的因素

①压力

对于O2、CO2、Ng、Hg等气体,其透气系数与压力无关。聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜对N进行试验时,薄膜两侧压力差的大小对透气系数、透气量影响很小。

②扩散气体的种类、性质﹐对同一种塑料薄膜的透过,气体分子直径愈大,所需扩散活化能愈大,扩散系数愈小。但当气体的临界温度相当大时,透气系数主要取决于溶解度系数。

③薄膜性质


全品类涂料检测仪器
猜你喜欢
相关文献