| 氣體透過率、透過量以及透過系數應用指南 |
| 摘要: 本文詳細介紹了三項透氣性參數（氣體透過率、透過量以及透過系數）的定義、應用范圍以及相互之間的差異和換算關系，同時對于目前、國內標準中定義不清晰的情況給予說明。 關鍵詞：透氣性，透過率，透過量，透過系數 目前，國內、標準在一些透氣性參數的定義上存在細微差異，致使參數概念及應用較為混亂。這不但會影響數據傳遞，同時還能引起對材料評價的失誤。本文著重分析透氣性參數氣體透過率、氣體透過量以及氣體透過系數的定義，對它們之間的關系進行介紹，并指出實際應用中應當注意的問題。 1. 透氣性參數的標準定義 由于在等壓法中存在載氣（氮氣）的逆向滲透，使得它與傳統壓差法存在著本質上的不同，是兩類不同的測試方法。測試方法的差異會對其應用范圍以及參數定義帶來影響（例如等壓法基本上只用于進行氧氣檢測，而壓差法對于測試氣體幾乎沒有限制），因此這里按照測試方法的種類分別對透氣性參數的定義進行介紹。 1.1 壓差法 1.1.1 ASTM D1434-82 ASTM D1434-82中，用于描述材料透氣性能的參數有以下三個： 1. Gas Transmission Rate (GTR): The quantity of a given gas passing through a unit of the parallel surfaces of a plastic film in unit time under the conditions of test. The SI unit of GTR is 1 mol / (m2·s). 譯文：氣體透過率（GTR）：在試驗環境下，在單位時間內、單位面積上透過塑料薄膜兩平行平面的特定氣體總量。GTR的SI單位為mol / (m2·s)。 2. Permeance (P): The ratio of the gas transmission rate to the difference in partial pressure of the gas on the two sides of the film. The SI unit of permeance is 1 mol / (m2·s·Pa). 譯文：（氣體）透過量（P）：氣體透過率與薄膜兩側的測試氣體分壓差的比值。透過量的SI單位為mol / (m2·s·Pa)。 3. Permeability (P): The product of the permeancethe thickness of a film. The SI unit of P is 1 mol / (m·s·Pa). 譯文：（氣體）透過系數（P）：（氣體）透過量與薄膜厚度的乘積。P 的SI單位為mol / (m·s·Pa)。 1.1.2 ISO 2556:2001 ISO 2556:2001中，用于描述材料透氣性能的參數只有一個： Gas transmission rate: The volume of gas which, under steady conditions, crosses unit area of the sample in unit time under unit pressure differenceat constant temperature. The rate is usually expressed in cm3 / m2·d·atm. 譯文：氣體透過率：在一定的溫度下，在單位時間內單位壓力差下，穩定透過單位面積試樣的氣體體積。單位為：cm3 / m2·d·atm。 1.1.3 GB/T 1038-2000 GB/T 1038-2000中，用于描述材料透氣性能的參數有兩個： 1. 氣體透過量（Qg）：在恒定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位時間內透過試樣單位面積的氣體的體積。以標準溫度和壓力下的體積值表示，單位為：cm3 / m2·d·Pa。 2. 氣體透過系數（pg）：在恒定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位時間內透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的體積。以標準溫度和壓力下的體積值表示，單位：cm3·cm / cm2·s·Pa。 注：GB/T 1038-2000非等效采用ISO 2556:1974《塑料——常壓下薄膜和薄片氣體透過率測定——測壓計法》。 1.1.4 總結 分析標準定義及結果單位可以看出，在GB/T 1038-2000、ASTM D1434-82、ISO 2556:2001這些壓差法標準中對于氣體透過系數的定義是一致的；而對氣體透過量的表示卻有些差異，GB/T 1038-2000“氣體透過量（Qg）”= ASTM D1434“Permeance (P)”= ISO 2556“Gas transmission rate”，單位都可轉化為cm3 / m2·24h·0.1MPa的形式。 1.2 等壓法 1.2.1 ASTM D3985-05 ASTM D3985-05中，用于描述材料透氣性能的參數有以下三個： 1. Oxygen Transmission Rate (O2GTR): The quantity of oxygen gas passing through a unit area of the parallel surfaces of a plastic film per unit time under the conditions of test. The SI unit of transmission rate is the mol / (m2·s). 譯文：氧氣透過率（O2GTR）：在試驗環境下，在單位時間內、單位面積上透過塑料薄膜兩平行平面的氧氣總量。氧氣透過率的SI單位為mol / (m2·s)。 2. Oxygen Permeance (PO2): The ratio of the O2GTR to the difference between the partial pressure of O2 on the two sides of the film. The SI unit of permeance is the mol / (m2·s·Pa). 譯文：氧氣透過量（PO2）：氧氣透過率與薄膜兩側的氧氣分壓差的比值。氧氣透過量的SI單位為mol / (m2·s·Pa)。 3. Oxygen Permeability Coefficient (P’O2): The product of the permeancethe thickness of film. The SI unit of oxygen permeability is the mol / (m·s·Pa). 譯文：氧氣透過系數（P’O2）：氧氣透過量與薄膜厚度的乘積。氧氣透過系數的SI單位為mol / (m·s·Pa)。 1.2.2 ISO 15105-2:2003 ISO 15105-2:2003中，用于描述材料透氣性能的參數有以下兩個： 1. Gas-transmission rate (GTR): Volume of gas passing through a plastic material, per unit areaunit time, under unit partial-pressure difference between the two sides of the material. O2GTR is the oxygen-transmission rate, expressed in moles per square metre second pascal [mol / (m2·s·Pa)]. O2GTR is generally expressed in cubic centimetres per square metre 24h [cm3 / (m2·24h)]. 譯文：氣體透過率（GTR）：單位時間內單位壓力差下穩定透過單位面積薄膜材料的氣體體積。O2GTR是氧氣透過率，單位是mol/ (m2·s·Pa)。O2GTR通常使用的單位是：cm3 / (m2·24h)。 2. Gas permeability (P): Volume of gas passing through a plastic material of unit thickness, per unit areaunit time, under unit partial-pressure difference between the two sides of the material. P is expressed in mole metres per square metre second pascal [mol·m / m2·s·Pa]. 譯文：氣體透過系數（P）：單位時間內單位壓力差下穩定透過單位面積上單位厚度的試樣的氣體體積。P的單位為：mol·m / m2·s·Pa。 1.2.3 GB/T 19789-2005 GB/T 19789-2005中，用于描述材料透氣性能的參數有三個： 1. 氧氣透過率（O2GTR）：在試驗條件下，在單位時間內透過單位面積試樣的氧氣數量。常使用的氧氣透過率單位是cm3 / (m2·24h)。 2. 氧氣透過量（PO2）：氧氣透過率與試樣兩側氧氣分壓之差的比值。常用的氧氣透過量單位是cm3 / (m2·24h·0.1MPa)。 3. 氧氣透過常數（  ）：氧氣透過量與試樣厚度之積。常用的氧氣透過常數單位是cm3 / (m·24h·0.1MPa)。注：GB/T 19789-2005修改采用ASTM D 3985-1995《塑料薄膜和薄片氧氣透過性試驗方法——庫侖計檢測法》。 1.2.4 總結 通過對標準定義以及結果單位的分析可以看出，對于等壓法，GB/T 19789-2005、ASTM D3985-05、ISO 15105-2:2003各標準中的氧氣透過系數定義及單位是一致的，只是GB/T 19789-2005中將其翻譯為氧氣透過常數；而對氣體透過量的表示存在差異，GB/T 19789-2005“氧氣透過量（PO2）”= ASTM D3985-05“Oxygen Permeance (PO2)”= 15105-2:2003 “Gas-transmission rate (GTR)”。需要注意的是ISO 15105-2:2003標準不只是用于氧氣滲透性能的檢測，因此并沒有將透氣性參數的概念限制在氧氣測試的范圍內。 2. 透氣性參數的實際應用 氣體透過率是單位時間透過單位面積試樣的氣體的體積，它由材料本身的阻隔性能和材料兩邊測試氣體分壓差兩個因素決定。氣體透過率與測試環境和試樣個體有關，氣體透過量只與測試試樣自身有關而與環境無關，至于氣體透過系數則僅與試樣的材質有關，是材料本身的性質。 通常，我們只關注包裝材料的氣體透過量（單位：cm3 / m2·24h·0.1MPa）和氣體透過系數。除去由于標準定義差異帶來的影響外，嚴格來講氣體透過率是很少用到的，這與氣體透過率受測試氣體分壓差而變化有很大關系，不利于數據比對。此外，對于氣體透過系數的使用還存在誤區，氣體透過系數并非對所有材料都有意義，它僅對于均勻的單層材料有意義，而且應用前必須已經通過檢測多種厚度的材料證明其數據的一致性，但是對于多層復合材料，檢測其氣體透過系數是沒有意義的。該系數主要為進行復合材料的結構設計提供便利。 3. 總結 對于透氣性參數的名稱定義以及數據單位不一致的問題應該引起有關方面的重視。對于使用者而言，可以借助比較結果單位是否一致的方法來確定在不同標準中提及的參數意義是否相同，而不能僅關注參數名稱，以免用于數據比對時出現混亂，給業界的溝通交流造成障礙。 |
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