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气体在薄膜中扩散系数的测试方法研究

摘要:扩散系数是研究气体在材估中渗透行为的主要参数。本文以压差法气体渗透仪为试验设备,采用时间滞后法剖析了氧气在PET薄膜样品中的扩散系数,并经由对试验道理、设备参数及适用局限、试验过程等内容的介绍,为研究气体在薄膜中的扩散系数供应参考。

环节词:气体扩散系数、压差法气体渗透仪、氧气扩散系数、PET薄膜、时间滞后法、气体透过量、氧气透过量、氧气透过系数

1、意义

按照现有理论,气体在薄膜材估中的渗透微观过程浮现为消融吸附-扩散-消融脱附,个中气体在材猜中的扩散是决议其渗透行为的主要参数指标,凡是用扩散系数表征材料扩散能力。影响扩散系数的身分包罗温度、气体分子直径及其与薄膜分子的互相感化、薄膜材料的内部布局等,过程对气体在薄膜中扩散系数的研究及测试,有利于剖析气体在薄膜中的渗透行为及影响身分,为改善材料的阻隔性并提高对分歧气体的星散能力供应理论依据与数据撑持。

2、试验样品

本文以氧气为测试气体,PET薄膜为试验样品,测试氧气在PET薄膜中的扩散系数。

3、试验方式

气体在薄膜材估中的扩散系数测试方式包罗半时间法、估计法与时间滞后法等,半时间法需经由抽真空或其他方式去除薄膜材猜中的测试气体,再将薄膜两侧的气体调整为等压的测试气体与载气,待达到渗透均衡后计较测试气体的扩散系数,今朝这种方式仅可测试氧气的扩散系数,平日采用等压法氧气透过量检测设备进行测试;估计法是经由复杂的较量猜测气体的扩散系数;时间滞后法是使薄膜一侧处于高真空、另一侧为必然压力试验气体的情形下,测试气体在薄膜两侧达到渗透均衡时的滞后时间,较量气体扩散系数。为了包管测试精度,并提高分歧气体扩散系数的对比性,本文采用时间滞后法进行研究试验。操作过程依据GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方式 压差法》。

4、试验设备

本次试验采用VAC-V2压差法气体渗透仪为检测设备,该设备由济南兰光机电手艺有限公司自立研发生产。

气体在薄膜中扩散系数的测试方法研究

图1 VAC-V2 压差法气体渗透仪

4.1 试验道理

装夹在测试腔中的试样将测试腔分成上、下两腔,下腔经由抽真空形成高真空情况,上腔中充入必然压力的试验气体。试验气体味从上腔过程试样渗透到下腔中,并经由压力传感器实时监控下腔中的压力转变,绘制下腔压力与时间的关系曲线,待达到渗透均衡时,系统会主动反向耽误下腔压力-时间曲线,并与时间轴订交于时间点t0,该时间即为滞后时间,试验气体的扩散系数D即为薄膜试样厚度d的平方与6倍于滞后时间的比值。

D=d2/6t0

气体在薄膜中扩散系数的测试方法研究

图2 时间滞后法t0的取值

4.2 适用规模

(1) 本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各类温度下的扩散系数、气体透过率、渗透系数、消融度系数的测试。薄膜类包孕各类塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料;片材类包罗各类工程塑料、橡胶、建材等片状材料,如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各类橡胶片材等材料的透气性测试。

(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试,如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。

(4) 本设备知足多项国度和国际尺度,如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

4.3 设备参数

  • 0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa),真空分辨率可达到0.1 Pa;控温局限为5℃ ~ 95℃,控温精度为±0.1℃;控湿规模为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH,控湿精度为±1%RH,可知足试样分歧试验前提下的检测需求;有三个完全自力的试验腔,可同时测试三种沟通或分歧的试样;可进行率性温度下的数据拟合,轻松获得极端测试前提下的试验了局;经由改制,本设备还可撑持有毒性气体、易燃易爆气体的测试;供应尺度膜进行快速校准,包管检测数据的精确性和通用性;支撑LystemTM实验室数据共享系统,统一办理试验了局和检测陈诉。

5、试验过程

(1) 用取样器从PET薄膜样品皮相裁取3片直径97 mm的试样并依次测试其厚度。

(2) 在设备3个测试腔的周边平均涂抹一层真空油脂,注重真空油脂不及污染测试区域,然后在测试区域放置直径为65 mm的滤纸,辨别将3片试样装夹到3个测试腔上。

(3) 在掌握软件上设置试样名称、厚度、试验温度、湿度、抽真空时间等参数信息,点击起头试验选项,打开真空泵。设备按照设定的参数主动进行试验。

(4) 试验竣事后,设备主动较量并显示所测试气体在试样中的扩散系数、气体透过量、气体透过系数。

6、试验后果

氧气在本次所测试的PET薄膜样品中的扩散系数为3.2 × 10-9cm2/s。

7、结论

跟着薄膜材料应用范畴及局限的扩大,对气体在薄膜材估中扩散系数的研究及测试已成为改善薄膜机能的主要依据。本文采用时间滞后法测试了氧气在PET薄膜样品中的扩散系数,该方式达到渗透均衡的时间短,测试精度高,试验过程简洁,设备易于操作、智能化水平高。除氧气的扩散系数外,该方式还可用于氮气、空气、二氧化碳、氦气、六氟化硫等多种分歧气体扩散系数及渗透行为的计较阐发。济南兰光机电手艺有限公司是一家专业从事包装检测设备研发生产与包装检测办事的高新手艺企业,现有设备已在食品、药品、包装与印刷、日化用品、汽车、电子、第三方检测机构、科研院所及高校等行业与范畴获得普遍应用。愈领会,愈信任!Labthink兰光等候与行业中的企事业单元单子增进手艺沟通与合作。

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