摘要: 本文詳細(xì)分析了認(rèn)為在壓差法中氣體壓力差的存在會(huì)影響透氣性測(cè)試結(jié)果這種觀點(diǎn)的錯(cuò)誤之處，并通過(guò)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證明了在壓差法透氣性測(cè)試中施加在試樣兩側(cè)的壓力差不會(huì)對(duì)材料的透氣性（透氣量和透氣系數(shù)）帶來(lái)影響。
關(guān)鍵詞：壓力差，壓差法，抗壓強(qiáng)度，透氣量，透氣系數(shù)
存在一種觀點(diǎn)認(rèn)為在壓差法中氣體壓力差的存在會(huì)影響軟包裝高分子聚合物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，進(jìn)而會(huì)影響透氣性測(cè)試結(jié)果——透氣量和透氣系數(shù)（是透氣量與薄膜厚度的乘積），然而通過(guò)一年多的跟蹤檢測(cè)與研究我們發(fā)現(xiàn)其實(shí)這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，同時(shí)也證明了它的論證證據(jù)不但不充分，而且是不科學(xué)的、錯(cuò)誤的。
1. 透氣量的定義
對(duì)透氣量定義的錯(cuò)誤理解是形成壓力差的存在會(huì)影響材料透氣性（通過(guò)透氣量來(lái)體現(xiàn)）這種錯(cuò)誤觀點(diǎn)的一個(gè)重要原因。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1038和ASTM D1434中的定義，透氣量（氣體透過(guò)量）是在恒定溫度和單位壓力差下，在氣體穩(wěn)定透過(guò)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)試樣單位面積的氣體的體積，常用單位是cm3 / m2·d·atm。從定義上分析，ISO 2556標(biāo)準(zhǔn)中定義的Gas transmission rate也與透氣量一致。而另一個(gè)表征材料特性的透氣系數(shù)（氣體透過(guò)系數(shù)）是透氣量與薄膜厚度（檢測(cè)試樣的厚度是定值）的乘積。
水流或電流是會(huì)隨著施加在物體兩側(cè)的水壓或電壓的增大而增大的，按此模式分析，透氣量會(huì)受氣體壓力差的影響也是理所當(dāng)然的事情。不過(guò)請(qǐng)注意在透氣量定義中的“單位壓力差下”，它表明在計(jì)算透氣量時(shí)對(duì)于施加在試樣兩側(cè)的壓力差的大小是有嚴(yán)格規(guī)定的，這一點(diǎn)在透氣量的計(jì)算公式中也有明顯體現(xiàn)，所以無(wú)論具體試驗(yàn)過(guò)程中所施加的壓力如何變化，都不會(huì)影響材料的透氣量（進(jìn)一步計(jì)算可得透氣系數(shù)）。
2. 壓力差與材料結(jié)構(gòu)
曾經(jīng)有人形象地將薄膜材料比喻為海綿，認(rèn)為隨著施加壓力的增大會(huì)對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使其松散的結(jié)構(gòu)變地緊湊進(jìn)而增加氣體透過(guò)的困難。假設(shè)這種觀點(diǎn)是正確的，那么薄膜厚度會(huì)隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小，假設(shè)結(jié)構(gòu)的緊湊會(huì)增加氣體透過(guò)的困難，則透氣性測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)隨連續(xù)測(cè)試次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。蘭光實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這種觀點(diǎn)的真?zhèn)危覀冞x擇鋁箔復(fù)合膜、PET薄膜、PC薄膜三種透氣性能分別屬于高阻隔、中阻隔、低阻隔三個(gè)范圍內(nèi)的材料，并且對(duì)同一試樣進(jìn)行了連續(xù)多次的透氣性測(cè)試，觀察連續(xù)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性以及測(cè)試前后試樣厚度的變化量（參見(jiàn)表1）。數(shù)據(jù)顯示，透氣性測(cè)試數(shù)據(jù)基本保持不變，而且試樣的厚度在試驗(yàn)前后也沒(méi)有出現(xiàn)變化，以此可以證明氣體壓力差會(huì)使得材料松散的結(jié)構(gòu)變地緊湊進(jìn)而影響透氣性測(cè)試結(jié)果的說(shuō)法是錯(cuò)誤的。
表1. 透氧量、試樣厚度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表
| 試樣 | 透氣性檢測(cè) | 厚度檢測(cè)（μm） |
| 透氧量（ml/m2·24h·0.1MPa） | 溫度 | CV（％） | 試驗(yàn)前 | 試驗(yàn)后1 | Δd |
| 鋁箔復(fù)合膜 | 0.150 | 0.202 | 0.179 | 27℃ | 14.72 | 97.9 | 97.9 | 0 |
| PET薄膜 | 58.467 | 58.770 | 60.291 | 30℃ | 1.65 | 25.6 | 25.7 | 0.1 |
| PC薄膜 | 521.122 | 536.198 | 529.115 | 30℃ | 1.43 | 128.3 | 128.3 | 0 |
注：1. 厚度測(cè)量在試樣的有效試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，其他區(qū)域受真空酯的污染，測(cè)量意義不大。
其實(shí)薄膜材料的力學(xué)性能是非常好的，而此也是它們能獲得廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。薄膜材料的抗壓強(qiáng)度是指材料在壓力緩慢作用下不破壞時(shí)，單位受力截面上所能承受的zui大力，PP的壓縮強(qiáng)度是39 MPa ~56MPa，普通PS的壓縮強(qiáng)度是80.5 MPa ~112MPa，改性PS的壓縮強(qiáng)度是28 MPa ~112MPa，而PA-66在干態(tài)時(shí)的壓縮強(qiáng)度更是達(dá)到了120MPa，可見(jiàn)薄膜材料通?？梢猿惺艿目箟簭?qiáng)度都是壓差法中施加在試樣兩側(cè)壓力差的幾百到幾千倍。而且我們?cè)谶M(jìn)行軟包裝袋的密封性能檢測(cè)時(shí)也發(fā)現(xiàn)，盡管一般軟包裝袋的破裂壓力在0.1MPa左右，但是破裂點(diǎn)都集中在袋子的熱封邊緣，即使對(duì)于破裂壓力超過(guò)0.15MPa的軟包裝袋來(lái)講，其破袋處依舊在袋子的熱封處?？梢?jiàn)若要在薄膜處出現(xiàn)破裂則需要更高的壓力，更何況壓差法低壓側(cè)的多孔紙已經(jīng)很好地起到了對(duì)試樣的支撐保護(hù)，所以壓差法中壓力差的存在不會(huì)對(duì)試樣的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
3. 壓力差與材料透氣性
材料透氣性究竟會(huì)不會(huì)受到壓力差的影響？即使排除了壓力差對(duì)材料結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生影響的疑慮，很多人還是認(rèn)為壓力差與材料的透氣性之間是存在的。這種觀點(diǎn)是*可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行真?zhèn)悟?yàn)證的，如果材料兩側(cè)壓力差增大但透氣量和滲透系數(shù)保持不變，則可以證明壓力差的存在并沒(méi)有影響材料的透氣性。
蘭光實(shí)驗(yàn)室曾歷時(shí)數(shù)月對(duì)八種十余件試樣進(jìn)行了在不同氣體壓力差下的大量試驗(yàn)，試驗(yàn)選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個(gè)測(cè)試點(diǎn)下進(jìn)行，測(cè)試材料透氣量從1.5cm3/m2·24h·0.1MPa到7000cm3/m2·24h·0.1MPa。圖1是三種厚度不同的PET材料：PET（12μm）、PET（23μm）、PET（25μm）的滲透系數(shù)測(cè)試曲線。大量測(cè)試數(shù)據(jù)顯示壓差法中壓力差的變化并未對(duì)試樣的透氣量以及滲透系數(shù)產(chǎn)生影響。而基于本次試驗(yàn)的專題論文已經(jīng)在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì)議上發(fā)表，壓力差對(duì)材料透氣性不會(huì)產(chǎn)生影響的結(jié)論得到了各國(guó)專家學(xué)者的肯定與廣泛認(rèn)同。
圖1 PET薄膜滲透系數(shù)與壓力差關(guān)系圖
滲透系數(shù)單位：（E-12）cm3·cm/cm2·s·cmHg
然而可能有些人會(huì)認(rèn)為在這次試驗(yàn)中我們所采用的壓力差范圍還不足夠大，還遠(yuǎn)未達(dá)到薄膜材料抗壓強(qiáng)度極限。無(wú)*偶，在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì)議上，遠(yuǎn)在南美智利的協(xié)會(huì)成員也進(jìn)行了類似的學(xué)術(shù)研究，得到與我們一致的結(jié)論。智利方代表發(fā)表的《高壓處理對(duì)食品軟包裝材料機(jī)械性能、熱學(xué)性能、阻隔特性的影響》（INFLUENCE OF HIGH PRESSURE PROCESSING OVER MECHANICAL, THERMAL AND BARRIER PROPERTIES ON FLEXIBLE FOOD PLASTIC PACKAGING）一文中所進(jìn)行的研究更是將施加的壓力提高到
400MPa，相當(dāng)于壓差法檢測(cè)中壓力的4000倍，而且還特別針對(duì)特殊涂層材料的阻隔性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)論是對(duì)于金屬化材料以及鍍氧化硅薄膜，其阻隔性能受到一些影響（40％~50％），但是對(duì)于PE/EVOH/PE以及PET/PE材料其阻隔性檢測(cè)數(shù)據(jù)卻沒(méi)有明顯變化。考慮到在本次HPP處理中所施加的壓力是在壓差法測(cè)試中壓力的4000倍，而且也已經(jīng)超出了薄膜材料的抗壓強(qiáng)度的極限范圍，涂層材料在如此大的壓力下依然具有很好的阻隔性可見(jiàn)這些材料的透氣性
在壓差法測(cè)試中是不會(huì)因?yàn)橛袎毫Σ畹拇嬖诙艿接绊懙摹?/div>
4．總結(jié)
綜上所述，壓力差的存在會(huì)影響材料透氣性這一觀點(diǎn)是*經(jīng)不住實(shí)際檢驗(yàn)的，甚至其中還包括了對(duì)參數(shù)定義理解的錯(cuò)誤。無(wú)論是哪一家實(shí)驗(yàn)室只要進(jìn)行類似試驗(yàn)都會(huì)得到與蘭光實(shí)驗(yàn)室一致的結(jié)論。隨意想象等壓法中就*沒(méi)有壓力差、不會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)，而壓差法中有壓力差就一定影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的做法本身就非?；闹嚕乙?背離了檢測(cè)領(lǐng)域科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯繎B(tài)度。
