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包装的渗透和泄漏(上)

摘 要：本文对包装的渗透和泄漏进行了分析，提出应从包装材料、包装过程、运输和销售全过程考察包装的密闭性能的观点。对于目前国内外常见的氧气透过率、水蒸汽透过率U型接头的检测方法进行了分析比较，指出了它们的优缺点和实际操作过程中的一些问题，文章还给出了常用的泄漏检测方法，并对泄漏产生的原因进行了论述。 “中国的复合材料行业在过去的210年有了奔腾式的发展 关键词：包装 泄漏 氧气透过率 水蒸汽透过率 测试方法

一、 概述

包装除了美观和物理防护外，其最重要的性能就是密闭性能，水蒸汽或气体进入或泄出包装的途径有三种：渗透和泄漏。

渗透是指气体或水蒸汽从高浓度区进入表面，通过向材料的扩散，而又从低浓度区的另一表面解吸，渗透的速度与包装材料的结构、厚度、厚度均匀性、温度、湿度等有关，同时也与扩散剂的种类有关。渗透对于包装件来说有二种，一是穿通包装材料的渗透，另一穿过包装件中包装材料结合处的渗透(如：热封的封口部分的热合处)。后一种渗透一般较小，往往容易被人们所忽视，但在某些特定条件下，对包装件的整体密封性可能会有很大的影响。对于高阻隔性的包装，为了整个包装件有较高的密闭性能，减少热封处的渗透，封口应有足够的宽度，使用的热封材料必须要有一定的阻隔性能。

泄漏是与渗透完全不同的两个概念。泄漏是指水蒸汽或气体通过材料的裂缝、微孔或两材料间的微小间隙而泄出或进入包装，它我国航空航天事业发展很快是对流(总压力梯度引起的强制流动)和扩散(浓度梯度引起的分子运动)两种作用共同组成的。泄漏的速度取决于泄漏孔隙的大小、包装件内的压力、扩散剂的种类以及环境的温度、湿度等。为了减少泄漏，对于机械结合密封的包装件来说，机械密封外应有足够且能持久的压力，机械密封界面必须具有足够的表面光洁度和相应的尺寸精度，两机械密封材料中最好有一种材料具有一定的弹性和较小的永久变形。对于热封密闭的包装，为了避免热封处的泄漏，必须要有良好的包装机械，控制好热封的时间、温度、压力以及冷压的时间、压力、温度等，同时热封层的厚度及包装材料的厚度也必须适当。当然包装袋的形式也对泄漏有很大影响，一般三边封袋要比中封袋、风琴袋、自立袋等发生泄漏的机率较小。

作为一个包装件，因为渗透和泄漏两者都可能同时存在的，所以大多数包装件的测试结果都是渗透和泄漏总和。在包装设计和应用中，将泄漏和渗透区分开来是很重要的，因为在整个包装的密闭性中，往往其中一种为主要影响因素。但是应清楚：不论泄漏是否主要因素，在一个包装中确定是否存在泄漏以及了解泄漏的位置、泄漏率，对整个包装的设计制造都是相当重要的。我国主要偏重于材料的渗透性(氧气和水蒸汽)的测试，缺少对包装件和产品的整体密闭性能的检验方法。对于包装件的泄漏，也仅有一些定性的检验方法。有些产品的包装，包装材料的测试结果是令人满意的，但在应用过程中却常常不如意，这是因为包装材料在其成型、充填、热封、杀菌以及贮存、运输、销售等过程中，材料的阻隔性能会发生变化，同时也会产生新的泄漏。由于最可靠的产品密闭性能都是靠最后的包装成品的测试来获得的，笔者认为，只要有可能就应该对包装件，而不仅仅对包装材料进行试验，这样才能给包装一个真实的评价。

二、 包装的渗透

包装的渗透性能一般分为气体透过率和水蒸汽透过率二类，而气体透过率一般又以对包装物影响较大的氧气为代表。

1气体透过率的检测

目前国内外常用的气体渗透性的测试方法见表1，从测试原理来分，有压差法和通过电量分析传感器的成份分析法两类。

压差法的测定原理是用试验薄膜隔成两个独立的空间，将其中一侧(高压室)充入测定用气体，而另一侧(低压室)则抽真空，这样在试样两侧就产生了一定的压差，高压室的气体就会通过薄膜渗透到低压室，通过测量低压室的压力或体积变化就可以得出气体的渗透率。压差法具有简单的、方便、可以测定各种气体，以及仪器设备价格较低等优点。我国唯一的气体透过率国家标准GB/T 1038－2000就是采用了压差法，潍坊我国目前企业和事业单位所使用的气体透过率测试仪器也基本上是压差法的仪器。但我们从实验原理和仪器的使用实践中都可以发现压差法具有如下明显的特点：

①压差法的测试条件为：高压室的扩散剂是绝对干燥的气体。实验中的相对湿度RH=0％，而许多包装在使用中，环境的相对湿度并非为RH=0％，有些材料(如PA、EVOH等)的气体透过率还与环境的湿度有很大的关系。

②压差法的测试条件为中低压室是真空。在实际包装中仅真空包装符合这种条件，常见的包装内外压力是基本相等的。同时该测试结果是气体分子在气压差和浓度差的双重作用下透过试验薄膜时，因而测量结果常常编大。上海药用包装材料测试所应用美国摩根(MOCON)的透氧仪(试验时，两侧压力相等)与德国的压差法的透氧仪进行了对比实5.扭矩示值相对误差：±1%验，结果表明压差法的测量结果偏大围绕安阳新能源汽车产业生产汽车配件，特别是当氧气透过率小于5.0ml/m2. 24.h.1atm时更为明显。

③压差法的测试过程中材料的两侧存在压差，这会破坏某些较为脆弱的材料的结构，生产小的裂纹，针孔等缺陷，压差的存在还会使材料产生形变，使材料厚度变薄，透气面积增大，从而影响实验结果；测试过程中压差的存在，不利于试样的固定和密封，容易产生泄漏，而外界气体进入系统的低压室，检测系统又不能进行识别；试验材料两侧存在压差，因而在试验过程中的试验是要受外力的状态下进行测试的，材料的受力纤维管状态会改变材料的一些微观结果，因而会对材料的阻镉性能有一定的影响，虽然目前没有这方面的研究报告，但对于某些材料平说这是一个不能忽略的问题。

④压差法由于其检测手段的局限仪表面板性，一般不能检测包装件的透气性，而包装性透气性对于评价包装的密闭是最可靠的。

⑤压差法由于其实验方法的局限性，仪器的精度较低，一般测量的最低量仅为1.0－3.5ml/m2.24h.1atm，目前该类仪器最好的也不过0.5ml/m2.24h.1atm，而且在低透过量的条件下，实验的重复性较差。