隨著食品、醫(yī)藥、電子等行業(yè)的發(fā)展，對包裝材料的阻隔性能要求越來越高。高阻隔材料因為能夠有效阻擋氧氣、水汽等氣體的透過，在延長食品保質(zhì)期、保證藥品穩(wěn)定性、保護(hù)電子元器件等方面發(fā)揮著重要作用。而在高阻隔材料的研發(fā)過程中，薄膜氣體透過率測試儀是bi不可少的檢測設(shè)備。可以說，沒有準(zhǔn)確的氣體透過率測試，高阻隔材料的研發(fā)就失去了方向和依據(jù)。本文就來詳細(xì)聊聊，為什么高阻隔材料研發(fā)必須配備薄膜氣體透過率測試儀。
一、高阻隔材料概述
在進(jìn)入正題之前，先了解一下什么是高阻隔材料，以及它的阻隔性能為什么重要。
(一)什么是高阻隔材料
高阻隔材料，簡單來說就是對氣體、水汽等具有較高阻擋能力的材料。普通的塑料薄膜，氧氣、二氧化碳、水蒸氣等氣體比較容易穿透過去；而高阻隔材料則能大大減緩這些氣體的透過速度，讓氣體很難穿過材料。
常見的高阻隔材料有很多種，比如聚偏二氯乙烯、乙烯 - 乙烯醇共聚物、聚酰胺等，還有通過涂層、復(fù)合等方式制成的高阻隔薄膜。不同的材料，阻隔的氣體種類和阻隔能力各不相同。
(二)主要應(yīng)用領(lǐng)域
高阻隔材料的應(yīng)用很廣泛，其中用量最大的是包裝領(lǐng)域。
在食品包裝中，高阻隔材料可以阻擋氧氣進(jìn)入包裝內(nèi)，防止食品氧化變質(zhì)；也可以阻擋水汽，保持食品的干燥；還能保留食品的香氣，防止香味散逸。對于肉制品、奶制品、休閑食品、生鮮食品等，高阻隔包裝是延長保質(zhì)期的重要手段。
在醫(yī)藥包裝中，藥品對氧氣、水汽往往比較敏感，容易因為氧化或者受潮而失效。高阻隔包裝可以保證藥品在有效期內(nèi)的穩(wěn)定性，尤其是一些對濕度和氧氣敏感的特殊藥品，對包裝的阻隔性能要求很高。
在電子領(lǐng)域，一些精密電子元器件、OLED 屏幕等，對水汽和氧氣非常敏感，需要用高阻隔材料進(jìn)行封裝，防止水汽和氧氣進(jìn)入導(dǎo)致器件損壞。
還有農(nóng)業(yè)、工業(yè)等其他領(lǐng)域，也有不少高阻隔材料的應(yīng)用。
(三)阻隔性能是核心指標(biāo)
對于高阻隔材料來說，阻隔性能是最核心的性能指標(biāo)。阻隔性能好不好，直接決定了材料能不能用在相應(yīng)的場合，以及使用效果怎么樣。
如果阻隔性能不夠，用在食品包裝上，食品可能很快就變質(zhì)了；用在藥品包裝上，藥品可能提前失效；用在電子封裝上，器件可能很快就壞了。
所以，無論是材料的研發(fā)、生產(chǎn)，還是使用，都需要準(zhǔn)確地知道材料的阻隔性能到底怎么樣。而氣體透過率測試儀，就是專門用來定量測試材料阻隔性能的儀器。
二、氣體透過率測試儀的工作原理
氣體透過率測試儀，顧名思義，就是用來測試材料對氣體的透過能力的儀器。
(一)什么是氣體透過率
氣體透過率，是指在一定的條件下，單位時間內(nèi)透過單位面積材料的氣體量。透過率越大，說明氣體越容易穿過材料，材料的阻隔性能越差；反之，透過率越小，說明材料的阻隔性能越好。
對于高阻隔材料來說，氣體透過率通常很小，所以對測試儀器的靈敏度和精度要求也比較高。
常見的測試氣體有氧氣、二氧化碳、氮氣、水蒸氣等。不同的應(yīng)用場景，關(guān)注的氣體不一樣，有的關(guān)注氧氣透過率，有的關(guān)注水汽透過率，有的需要測試多種氣體。
(二)常見的測試方法
氣體透過率的測試方法有幾種，比較常見的有壓差法和等壓法兩大類。
壓差法的原理是，讓薄膜的兩側(cè)形成氣體壓力差，氣體從高壓側(cè)透過薄膜到低壓側(cè)，通過測量低壓側(cè)壓力的變化，來計算氣體透過率。這種方法適用的氣體種類比較多，原理相對簡單，應(yīng)用也比較廣泛。
等壓法的原理是，薄膜兩側(cè)的氣體總壓力相等，但被測氣體的分壓不同，氣體透過薄膜后，用特定的檢測器來檢測透過的氣體量。比如用庫侖傳感器測氧氣的電量法，用紅外傳感器測二氧化碳的紅外法等。這類方法的特點是測試精度比較高，尤其是對于低透過率的高阻隔材料，檢測下限可以做得比較低。
不同的測試方法各有特點，適用于不同的測試需求和材料類型。
(三)儀器的基本構(gòu)成
一臺氣體透過率測試儀，主要由測試腔、氣路系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。
測試腔是放置薄膜樣品的地方，一般分為上下兩腔或者左右兩腔，中間用試樣隔開。
氣路系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供測試用的氣體，控制氣體的壓力和流量。
檢測系統(tǒng)是儀器的核心，負(fù)責(zé)檢測透過的氣體量或者壓力變化，直接決定了測試的精度和靈敏度。
控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制試驗的過程，采集和處理數(shù)據(jù)，計算和輸出測試結(jié)果。
三、為什么高阻隔材料研發(fā)必須配備
了解了基本概念之后，我們來看看為什么說高阻隔材料的研發(fā)必須配備氣體透過率測試儀。
(一)研發(fā)需要反復(fù)迭代測試，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)
高阻隔材料的研發(fā)不是一蹴而就的，而是一個反復(fù)試驗、不斷優(yōu)化的過程。
研發(fā)人員需要不斷地調(diào)整材料的配方、比例、工藝參數(shù)，然后看調(diào)整后的材料阻隔性能有沒有提升，提升了多少。如果沒有準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，研發(fā)人員就不知道調(diào)整的效果怎么樣，是變好了還是變差了，變化有多大。
就像廚師做菜，如果沒有味覺，不知道咸淡，就沒法調(diào)整調(diào)料的用量一樣。材料研發(fā)也是一樣，沒有準(zhǔn)確的性能測試數(shù)據(jù)，研發(fā)就成了盲目的試錯，效率很低，也很難做出好的產(chǎn)品。
氣體透過率測試儀就是研發(fā)人員的 "眼睛"，讓他們能夠準(zhǔn)確地知道每一次調(diào)整后，材料的阻隔性能到底怎么樣，從而為下一步的研發(fā)提供方向和依據(jù)。
(二)配方優(yōu)化需要定量的數(shù)據(jù)支撐
高阻隔材料的配方研發(fā)涉及很多變量。比如不同原料的選擇、不同助劑的添加、不同比例的搭配等，都會影響最終的阻隔性能。
研發(fā)人員需要通過試驗，找到優(yōu)的配方組合。如果沒有定量的測試數(shù)據(jù)，只能靠經(jīng)驗或者定性的判斷，很難做到精準(zhǔn)的優(yōu)化。
有了氣體透過率測試儀，就可以對每一個配方的樣品進(jìn)行定量測試，得到準(zhǔn)確的透過率數(shù)據(jù)。通過對比不同配方的測試結(jié)果，可以清楚地知道哪種原料效果更好，哪個比例更合適，哪種助劑有幫助，哪種反而有負(fù)面影響。
這樣一來，配方的優(yōu)化就有了數(shù)據(jù)支撐，可以更加系統(tǒng)、更加高效地進(jìn)行，而不是憑感覺摸索。
(三)工藝調(diào)整需要驗證實際效果
除了配方，生產(chǎn)工藝對高阻隔材料的阻隔性能也有很大影響。比如薄膜的拉伸工藝、溫度控制、涂層工藝、復(fù)合工藝等，都會影響材料的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響阻隔性能。
同樣的配方，不同的工藝參數(shù)做出來的產(chǎn)品，阻隔性能可能差別很大。
在工藝優(yōu)化的過程中，研發(fā)人員需要不斷調(diào)整工藝參數(shù)，然后測試調(diào)整后的產(chǎn)品性能，看工藝的變化對阻隔性能有什么影響。
有了氣體透過率測試儀，就可以準(zhǔn)確地評估每一次工藝調(diào)整的實際效果，找到最佳的工藝條件，讓材料的阻隔性能充分發(fā)揮出來。
(四)新材料開發(fā)需要系統(tǒng)的性能評價
開發(fā)一種全新的高阻隔材料，更是離不開系統(tǒng)的性能測試和評價。
新材料的阻隔性能怎么樣，和現(xiàn)有的材料相比是好是壞，在不同的溫度、濕度條件下性能怎么變化，對不同氣體的阻隔能力分別如何，這些都需要通過測試來獲得數(shù)據(jù)。
這些性能數(shù)據(jù)，不僅是評價新材料好壞的依據(jù)，也是后續(xù)應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)。客戶在選擇材料的時候，首先關(guān)心的就是阻隔性能參數(shù)，如果連自己產(chǎn)品的準(zhǔn)確參數(shù)都測不出來，就很難推向市場。
所以，氣體透過率測試儀不僅是研發(fā)的工具，也是產(chǎn)品評價和推廣的基礎(chǔ)。
四、在研發(fā)各階段的具體作用
氣體透過率測試儀在高阻隔材料研發(fā)的各個階段都發(fā)揮著重要作用。
(一)材料選型與初步篩選階段
在研發(fā)的初期，往往需要從很多種原料和候選材料中進(jìn)行初步篩選。
面對多種備選材料，如果沒有測試數(shù)據(jù)，很難判斷哪種材料的阻隔性能更好，哪種更有開發(fā)潛力。
有了氣體透過率測試儀，就可以對各種候選材料進(jìn)行快速測試，得到它們的阻隔性能數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行篩選，把性能達(dá)不到要求的先淘汰掉，把有潛力的留下來做進(jìn)一步研發(fā)。
這樣可以大大提高研發(fā)的效率，避免在不合適的材料上浪費時間和精力。
(二)配方研發(fā)與優(yōu)化階段
進(jìn)入配方研發(fā)階段后，氣體透過率測試儀的作用就更加重要了。
研發(fā)人員會設(shè)計很多組不同的配方，測試不同原料、不同比例、不同助劑對阻隔性能的影響。每一組配方都需要測試阻隔性能，才能知道效果如何。
通過大量的試驗和測試數(shù)據(jù)，研發(fā)人員可以逐步優(yōu)化配方，找到阻隔性能更好、成本更合理、加工性能更優(yōu)的配方組合。
這個階段的測試量通常很大，如果沒有自己的測試設(shè)備，都送到外面去測，不僅費用高，而且周期長，會嚴(yán)重拖慢研發(fā)的進(jìn)度。
(三)工藝開發(fā)與優(yōu)化階段
配方確定之后，還要進(jìn)行生產(chǎn)工藝的開發(fā)和優(yōu)化。
比如薄膜的生產(chǎn)工藝，溫度、速度、拉伸比、冷卻方式等參數(shù)，都會影響薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。研發(fā)人員需要通過試驗，找到最佳的工藝參數(shù)組合。
每調(diào)整一次工藝參數(shù)，都需要測試樣品的阻隔性能，來判斷調(diào)整的方向?qū)Σ粚ΓЧ貌缓谩?br />
有了自己的測試儀，就可以隨時測試，快速得到結(jié)果，及時調(diào)整工藝參數(shù)，大大加快工藝優(yōu)化的速度。
(四)產(chǎn)品驗證與性能評價階段
當(dāng)材料開發(fā)完成后，還需要進(jìn)行全面的產(chǎn)品驗證和性能評價。
比如在不同溫度、不同濕度條件下的阻隔性能怎么樣，長期使用后性能會不會變化，對不同氣體的阻隔能力分別如何，等等。這些都需要通過系統(tǒng)的測試來獲得數(shù)據(jù)。
這些性能數(shù)據(jù)，不僅是產(chǎn)品質(zhì)量的保證，也是產(chǎn)品說明書和技術(shù)資料的重要內(nèi)容，是客戶選擇產(chǎn)品時的重要參考。
五、對研發(fā)效率和市場競爭力的意義
配備氣體透過率測試儀，對高阻隔材料的研發(fā)來說，不僅僅是方便了測試，更重要的是能提升研發(fā)效率，降低研發(fā)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。
(一)縮短研發(fā)周期
研發(fā)過程中，測試的速度直接影響研發(fā)的進(jìn)度。如果自己有測試儀，樣品做好了馬上就可以測，很快就能得到結(jié)果，然后進(jìn)行下一輪的調(diào)整。
如果需要送到外面的檢測機(jī)構(gòu)去測，一來一回就要好幾天，甚至更長時間。研發(fā)過程中需要做大量的測試，如果每次都要等幾天，研發(fā)周期就會被拉得很長。
自己配備測試儀，可以實現(xiàn)隨時制樣、隨時測試，大大縮短研發(fā)的周期，讓新產(chǎn)品更快地推向市場。
(二)降低研發(fā)成本
雖然買測試儀需要一筆投入，但從長期來看，反而能降低研發(fā)成本。
如果研發(fā)過程中大量的樣品都要送外檢，檢測費用也是一筆不小的開支。尤其是高阻隔材料的測試，對儀器要求高，檢測費用通常也不便宜。研發(fā)階段樣品數(shù)量多，長期下來，檢測費可能比買一臺儀器還貴。
而且，自己有了測試儀，可以更靈活地安排試驗，做更多的探索性試驗，不用因為心疼檢測費而縮手縮腳，反而有助于研發(fā)出更好的產(chǎn)品。
(三)保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性
有了自己的測試設(shè)備，不僅研發(fā)階段可以用，生產(chǎn)過程中也可以用來做質(zhì)量控制。
在批量生產(chǎn)的時候，可以定期抽樣測試，確保產(chǎn)品的阻隔性能穩(wěn)定，符合要求。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題，避免不合格產(chǎn)品流到客戶手里。
產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定了，客戶的滿意度才會高，企業(yè)的口碑才會好。
(四)提升市場競爭力
對于高阻隔材料企業(yè)來說，擁有自己的氣體透過率測試能力，也是技術(shù)實力的體現(xiàn)。
客戶在選擇供應(yīng)商的時候，往往會考察企業(yè)的研發(fā)和檢測能力。如果企業(yè)自己有wan善的檢測設(shè)備，能夠提供準(zhǔn)確可靠的性能數(shù)據(jù)，客戶會更加信任，也更愿意合作。
而且，有了測試能力，企業(yè)可以更快地響應(yīng)客戶的定制化需求，根據(jù)客戶的要求快速開發(fā)和調(diào)整產(chǎn)品，在市場競爭中占據(jù)優(yōu)勢。
六、選型與使用中的注意事項
既然氣體透過率測試儀這么重要，那么選型和使用的時候，有哪些需要注意的呢？
(一)根據(jù)需求選擇合適的類型和檔次
市面上的氣體透過率測試儀種類很多，價格差異也很大。選型的時候，要根據(jù)自己的實際需求來選。
首先，要確定主要測試什么氣體。是只測氧氣，還是還要測水汽、二氧化碳等其他氣體。不同的測試氣體，對應(yīng)的儀器配置是不一樣的。
其次，要看測試的材料阻隔性能大概在什么范圍。如果是普通阻隔的材料，一般的儀器就可以滿足；如果是很高阻隔的材料，就需要選擇檢測下限更低、精度更高的儀器，否則測不準(zhǔn)。
還要考慮測試量和使用頻率。如果測試量很大，經(jīng)常用，就要選穩(wěn)定性好、耐用性強(qiáng)的型號；如果只是偶爾用一下，可以選性價比高一些的。
(二)注意測試方法的規(guī)范性
測試的規(guī)范性對結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大。同樣的樣品，不同的人測，或者用不同的方法測，結(jié)果可能會有差異。
所以，測試一定要按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來做，比如樣品的制備、測試的條件、操作的步驟等，都要規(guī)范。
測試人員要經(jīng)過培訓(xùn)，熟悉儀器的操作和測試的標(biāo)準(zhǔn)，這樣測出來的結(jié)果才準(zhǔn)確可靠，才有參考價值。
(三)做好日常維護(hù)和校準(zhǔn)
氣體透過率測試儀是比較精密的儀器，要保證測試的準(zhǔn)確性，日常的維護(hù)和定期的校準(zhǔn)很重要。
平時要按照說明書的要求做好日常維護(hù)，比如定期更換干燥劑、清潔測試腔、檢查氣路是否漏氣等。
還要定期對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，比如用標(biāo)準(zhǔn)膜片或者標(biāo)準(zhǔn)氣體來驗證儀器的準(zhǔn)確性。如果發(fā)現(xiàn)偏差，要及時調(diào)整或者維修。
結(jié)語
高阻隔材料的研發(fā)，本質(zhì)上是圍繞阻隔性能展開的。氣體透過率測試儀作為阻隔性能的 "標(biāo)尺"，是研發(fā)過程中重要的工具。從材料選型、配方優(yōu)化、工藝開發(fā)到產(chǎn)品驗證，每一個階段都離不開準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)。
配備自己的氣體透過率測試儀，不僅可以提高研發(fā)效率、縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本，還能提升產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和企業(yè)的市場競爭力。對于認(rèn)真做高阻隔材料研發(fā)的企業(yè)來說，這筆投入是非常值得的。
