摘要：材料改性是改善薄膜材料性能的重要途徑，本文通過對改性前的聚丙烯薄膜、納米SiO_x改性聚丙烯薄膜氧氣透過率的測試，分析了添加納米SiO_x對聚丙烯材料阻氧性能的影響，并介紹了試驗(yàn)原理、試驗(yàn)參數(shù)、適用范圍，試驗(yàn)過程等內(nèi)容，為相關(guān)研究與應(yīng)用行業(yè)檢測材料的氧氣透過率及改性方式的篩選提供參考。

關(guān)鍵詞：氧氣透過率、阻氧性能、壓差法氣體滲透儀、聚丙烯、納米SiOx改性聚丙烯、阻隔性能

1、意義

聚丙烯材料是一種被普遍使用的高分子材料，具有強(qiáng)度高，耐磨性好，阻濕性高，耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)，而在柔韌性、抗沖擊性能、阻氧性能等方面不盡如人意，為了改善聚丙烯材料的性能，提高其使用效果，常通過材料改性方式對原材料進(jìn)行性能提升。

材料改性方式包括接枝改性、共聚改性、交聯(lián)改性、共混改性等，改性材料包括云母、碳酸鈣、EVA等高分子材料、無機(jī)納米材料、玻璃纖維等，其中納米SiO_x為改性聚丙烯材料常用材料之一，可顯著提高材料的強(qiáng)度。本文通過對納米SiO_x改性前后聚丙烯材料氧氣透過率的測試，分析這種改性方式對聚丙烯材料的阻氧性能的影響及實(shí)際效果。

2、試驗(yàn)樣品

普通聚丙烯薄膜、納米SiO_x改性聚丙烯薄膜。

3、試驗(yàn)依據(jù)

目前薄膜材料氧氣透過率的測試方法包括壓差法、等壓法兩種，本文采用壓差法原理對試驗(yàn)樣品進(jìn)行測試，所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1038-2000 《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》。

4、試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)設(shè)備為VAC-V2壓差法氣體滲透儀，該設(shè)備由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

圖1  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.1 試驗(yàn)原理

壓差法原理是指試驗(yàn)過程中試樣兩側(cè)保持一定壓力差，通過測試低壓側(cè)壓力變化情況，測試試樣氣體透過量的試驗(yàn)方法。設(shè)備的測試腔被裝夾的試樣分成上、下兩個腔，其中上腔為高壓腔，充填一定壓力的試驗(yàn)氣體，下腔為低壓腔，通過抽真空形成低壓環(huán)境，試驗(yàn)氣體從高壓腔通過試樣滲透到低壓腔，通過監(jiān)測低壓腔內(nèi)壓力隨時間的變化情況，得到試樣的氣體透過量。

4.2 試驗(yàn)參數(shù)

設(shè)備的測試范圍為0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達(dá)到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH~98.5%RH、100%RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗(yàn)條件下的檢測需求；有三個*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時測試三種相同或不同的試樣；可進(jìn)行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得測試條件下的試驗(yàn)結(jié)果；經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和檢測報告。

4.3 適用范圍

(1) 本設(shè)備專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料。片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本設(shè)備還可擴(kuò)展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。

(3) 本設(shè)備適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)?、氦氣、空氣等?/span>

(4) 本設(shè)備可滿足多項(xiàng)國家和標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 1038、ISO 15105-1、ISO 2556、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

5、試驗(yàn)過程

5.1 普通聚丙烯薄膜的測試

(1) 裁樣 從普通聚丙烯薄膜樣品表面裁取直徑為97 mm的試樣3片。

(2) 裝樣 在設(shè)備3個測試腔表面涂抹一層真空油脂，并分別在測試區(qū)域放置一片濾紙，將裁制的3片試樣分別粘貼在測試腔表面，排除測試腔與試樣間的空氣，并用夾緊裝置夾緊。

(3) 試驗(yàn) 在設(shè)備控制軟件中設(shè)置試樣名稱、厚度、抽真空時間等參數(shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，打開真空泵，試驗(yàn)開始，設(shè)備自動按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，并在試驗(yàn)結(jié)束后顯示測試結(jié)果。

5.2 納米SiO_x改性聚丙烯薄膜的測試

按照5.1中裁樣—裝樣—試驗(yàn)過程測試納米SiO_x改性聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過量。

6、試驗(yàn)結(jié)果

本次試驗(yàn)所測試的普通聚丙烯薄膜試樣的試驗(yàn)結(jié)果分別為543.2 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、561.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、549.1 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧氣透過量取測試結(jié)果的平均值551.3 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，納米SiO_x改性聚丙烯薄膜試樣的試驗(yàn)結(jié)果分別為512.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、520.7 cm³/(m²·24h·0.1MPa)、506.9 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氧氣透過量取測試結(jié)果的平均值513.5cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果來看，納米SiO_x改性聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過量低于普通聚丙烯薄膜樣品的氧氣透過量，說明改性后聚丙烯薄膜的阻氧性能有所提高；每種樣品三個測試結(jié)果間的偏差較小，重復(fù)性好；從試驗(yàn)過程來看，試驗(yàn)過程簡單，設(shè)備易于操作，自動化程度高。材料所采用的改性方式、改性材料不同會對材料的阻隔性產(chǎn)生不同的影響，通過對材料氣體透過量的測試可量化阻隔性能的變化情況，為改性材料的研發(fā)及質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)與包裝檢測服務(wù)的優(yōu)良企業(yè)，現(xiàn)有設(shè)備包括水蒸氣透過率測試儀、氧氣透過量檢測設(shè)備、氣體透過量檢測設(shè)備、智能電子拉力試驗(yàn)機(jī)、摩擦系數(shù)儀、熱封試驗(yàn)儀、密封試驗(yàn)儀、抗沖擊試驗(yàn)儀等等。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)溝通與合作。