做座薄膜阻隔性的决定参数0

薄膜阻隔性的决定参数

3 扩散与应用分析

图2. 渗透过程示意图

从微观的角度来看薄膜渗透过程是按以下步骤进行的（如图2所示）：

1 气体原子或分子碰撞到薄膜表面；

2 溶解；

3 气体在高浓度一侧的薄膜表面达到溶解平衡；

4 由于浓度梯度的存在，气体向薄膜的另一侧扩散；

5 解吸。

一般来说，扩散是渗透过程中最慢的又是最关键的步骤，它和渗透与溶解有密切的关系。当同一种气体（如氧气）透过不同的薄膜时，渗满足GB/T229—94《金属夏比缺口冲击实验方法》对冲击试样缺口的要求透系数主要取决于气体在膜中的扩散系数，而不同气体透过同种薄膜时，渗透系数的大小主要取决于气体对膜的溶解度系数。对同一薄膜来讲，渗透系数与薄膜的透气量成正比。由Fick定律可得，在浓度梯度不变的情况下，如果D很小，气体将需要一段很长的时间才能扩散到薄膜的另一面，表现在宏观上就是薄膜的阻隔性比较好；如果D比较大，气体透过薄膜就比较容易，相对应的就是薄膜的阻隔性较差。根据具体的应用情况，我们可以通过选择合适的扩散系数以及其他阻隔参数达到包装使用的目的。

4 扩散系数的测定

扩散系数的测定方法较多，主要有半时间法、预计法以及时间滞后法。在半时间法中，首先在聚合物材料中把要测试的渗透气体完全排除掉，然在此不再赘述后把材料的一侧接触这种渗透物，再调节到等压状态，以便达到稳态的传递率，通过求得达到渗透平衡状态一半时间所需要的时间来决定扩散系数。半时间法的优点是精度高，但是时间长，平衡实现较困难。预计法就是对应于Fick曲线的Pasternak解法，由于计算机的应用，使得复杂的预测变的更加便利。相比来说，预计法要比半时间法来的快，但预计法的精度较低，在高阻隔薄膜的扩散系数测定中有些应用。

时间滞后法是一种变压测定法，也称“高真空法”，是扩散系数测定方法中的常用方法之一。“时间滞后”法，是指在高真空下，即一侧试验气体几乎等于零的情况下，通过对达到平衡状态时“滞后时间”的测定来计算扩散系数。

其中L表示薄膜的厚度，θo为滞后时间。

图3是使用Labthink VAC-V1得到的某试样的实测渗透曲线，整个测试过程计算机控制，采点和判断过程的精确度都当前国内塑料机械行业的发展现状是存在自主创新能力较低、高级与个性化专用品种较少要优于人工读数及作图，测试更加准确。而且VAC-V1还可以计算试样的溶解度系数，这样每次试验都可以完成P、S、D参数的测定。另外，通过VAC-V1的数据拟合功能，可以轻松得到玻璃态转化点温度以内的扩散系数、溶解度系数、渗透系数、透气量与温度的量化对应关系，大大提高了测试效率，降低了试验难度。

随着高聚物材料在包装市场中应用领域及需求量的加大，新型功能材料开发进度不断加快，阻隔性薄膜研发测试已不再局限于渗透系数、渗透量等指标上，对扩散系数、溶解度系数等直接影响渗透参数的测试需求逐渐增多，材料的阻隔测试已步入逐渐完善的过程。

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