摘要: 本文詳細分析了認為在壓差法中氣體壓力差的存在會(huì )影響透氣性測試結果這種觀(guān)點(diǎn)的錯誤之處，并通過(guò)大量實(shí)測數據證明了在壓差法透氣性測試中施加在試樣兩側的壓力差不會(huì )對材料的透氣性（透氣量和透氣系數）帶來(lái)影響。
關(guān)鍵詞：壓力差，壓差法，抗壓強度，透氣量，透氣系數
存在一種觀(guān)點(diǎn)認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構狀態(tài)，進(jìn)而會(huì )影響透氣性測試結果——透氣量和透氣系數（是透氣量與薄膜厚度的乘積），然而通過(guò)一年多的跟蹤檢測與研究我們發(fā)現其實(shí)這種觀(guān)點(diǎn)是錯誤的，同時(shí)也證明了它的論證證據不但不充分，而且是不科學(xué)的、錯誤的。
1. 透氣量的定義
對透氣量定義的錯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）這種錯誤觀(guān)點(diǎn)的一個(gè)重要原因。按照標準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，在氣體穩定透過(guò)時(shí)，單位時(shí)間內透過(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標準中定義的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（氣體透過(guò)系數）是透氣量與薄膜厚度（檢測試樣的厚度是定值）的乘積。
水流或電流是會(huì )隨著(zhù)施加在物體兩側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然的事情。不過(guò)請注意在透氣量定義中的“單位壓力差下”，它表明在計算透氣量時(shí)對于施加在試樣兩側的壓力差的大小是有嚴格規定的，這一點(diǎn)在透氣量的計算公式中也有明顯體現，所以無(wú)論具體試驗過(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)一步計算可得透氣系數）。
2. 壓力差與材料結構
曾經(jīng)有人形象地將薄膜材料比喻為海綿，認為隨著(zhù)施加壓力的增大會(huì )對薄膜的微觀(guān)結構產(chǎn)生影響，使其松散的結構變地緊湊進(jìn)而增加氣體透過(guò)的困難。假設這種觀(guān)點(diǎn)是正確的，那么薄膜厚度會(huì )隨著(zhù)測試時(shí)間的延長(cháng)而逐漸減小，假設結構的緊湊會(huì )增加氣體透過(guò)的困難，則透氣性測試數據應隨連續測試次數的增加而呈現出減小的趨勢。蘭光實(shí)驗室設計了一系列試驗來(lái)驗證這種觀(guān)點(diǎn)的真偽，我們選擇鋁箔復合膜、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)范圍內的材料，并且對同一試樣進(jìn)行了連續多次的透氣性測試，觀(guān)察連續測試結果的重復性以及測試前后試樣厚度的變化量（參見(jiàn)表1）。數據顯示，透氣性測試數據基本保持不變，而且試樣的厚度在試驗前后也沒(méi)有出現變化，以此可以證明氣體壓力差會(huì )使得材料松散的結構變地緊湊進(jìn)而影響透氣性測試結果的說(shuō)法是錯誤的。
表1. 透氧量、試樣厚度實(shí)測數據表
| 試樣 | 透氣性檢測 | 厚度檢測（μm） |
| 透氧量（ml/m2·24h·0.1MPa） | 溫度 | CV（％） | 試驗前 | 試驗后1 | Δd |
| 鋁箔復合膜 | 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. 厚度測量在試樣的有效試驗區域內進(jìn)行，其他區域受真空酯的污染，測量意義不大。
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用的基礎。薄膜材料的抗壓強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的壓縮強度是39 MPa ~56MPa，普通PS的壓縮強度是80.5 MPa ~112MPa，改性PS的壓縮強度是28 MPa ~112MPa，而PA-66在干態(tài)時(shí)的壓縮強度更是達到了120MPa，可見(jiàn)薄膜材料通?？梢猿惺艿目箟簭姸榷际菈翰罘ㄖ惺┘釉谠嚇觾蓚葔毫Σ畹膸装俚綆浊П?。而且我們在進(jìn)行軟包裝袋的密封性能檢測時(shí)也發(fā)現，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)若要在薄膜處出現破裂則需要更高的壓力，更何況壓差法低壓側的多孔紙已經(jīng)很好地起到了對試樣的支撐保護，所以壓差法中壓力差的存在不會(huì )對試樣的結構產(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材料結構可能產(chǎn)生影響的疑慮，很多人還是認為壓力差與材料的透氣性之間是存在的。這種觀(guān)點(diǎn)是*可以通過(guò)試驗來(lái)進(jìn)行真偽驗證的，如果材料兩側壓力差增大但透氣量和滲透系數保持不變，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)驗室曾歷時(shí)數月對八種十余件試樣進(jìn)行了在不同氣體壓力差下的大量試驗，試驗選擇在壓力差為30kPa、50kPa、70kPa、90kPa、110kPa、130kPa、150kPa這7個(gè)測試點(diǎn)下進(jìn)行，測試材料透氣量從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）的滲透系數測試曲線(xiàn)。大量測試數據顯示壓差法中壓力差的變化并未對試樣的透氣量以及滲透系數產(chǎn)生影響。而基于本次試驗的專(zhuān)題論文已經(jīng)在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì )議上發(fā)表，壓力差對材料透氣性不會(huì )產(chǎn)生影響的結論得到了各國專(zhuān)家學(xué)者的肯定與廣泛認同。
圖1 PET薄膜滲透系數與壓力差關(guān)系圖
滲透系數單位：（E-12）cm3·cm/cm2·s·cmHg
然而可能有些人會(huì )認為在這次試驗中我們所采用的壓力差范圍還不足夠大，還遠未達到薄膜材料抗壓強度極限。無(wú)*偶，在2007年度IAPRI技術(shù)會(huì )議上，遠在南美智利的協(xié)會(huì )成員也進(jìn)行了類(lèi)似的學(xué)術(shù)研究，得到與我們一致的結論。智利方代表發(fā)表的《高壓處理對食品軟包裝材料機械性能、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，相當于壓差法檢測中壓力的4000倍，而且還特別針對特殊涂層材料的阻隔性進(jìn)行了研究。試驗結論是對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％），但是對于PE/EVOH/PE以及PET/PE材料其阻隔性檢測數據卻沒(méi)有明顯變化?？紤]到在本次HPP處理中所施加的壓力是在壓差法測試中壓力的4000倍，而且也已經(jīng)超出了薄膜材料的抗壓強度的極限范圍，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試中是不會(huì )因為有壓力差的存在而受到影響的。
4．總結
綜上所述，壓力差的存在會(huì )影響材料透氣性這一觀(guān)點(diǎn)是*經(jīng)不住實(shí)際檢驗的，甚至其中還包括了對參數定義理解的錯誤。無(wú)論是哪一家實(shí)驗室只要進(jìn)行類(lèi)似試驗都會(huì )得到與蘭光實(shí)驗室一致的結論。隨意想象等壓法中就*沒(méi)有壓力差、不會(huì )影響試驗數據，而壓差法中有壓力差就一定影響試驗數據的做法本身就非?；闹?，而且也*背離了檢測領(lǐng)域科學(xué)、嚴謹的研究態(tài)度。
