特殊溫度下材料阻隔性參數(shù)的獲得方法――阻隔性參數(shù)擬合

1、 摘要:特殊溫度下的阻隔性參數(shù)值難以獲得,文中介紹阻隔性參數(shù)擬合的概念及相關(guān)理論依據(jù),并介紹了Labthink 蘭光VAC-V1壓差法氣體滲透儀在獲得容易實現(xiàn)的溫度條件下的實驗數(shù)據(jù)之后,如何通過參數(shù)擬合得出特殊溫度下的數(shù)值。關(guān)鍵詞:特殊溫度,薄膜透氣性,阻隔性,參數(shù)擬合,Arrheninus 方程,氣體滲透儀,滲透量,滲透系數(shù)眾所周知溫度對阻隔性測試的影響是十分顯著的,溫度的波動能夠引起阻隔性能的大幅度變化。要想準(zhǔn)確、科學(xué)地獲得在某溫度下的阻隔性數(shù)據(jù),最常規(guī)的處理方法就是在該溫度下進(jìn)行實際測試。但現(xiàn)實中,檢測設(shè)備的使用溫度范圍常常不能滿足這種要求,那么如何才能準(zhǔn)確、科學(xué)地獲得這些溫度下的阻隔性

2、數(shù)據(jù)呢?現(xiàn)在可以采用阻隔性參數(shù)擬合算法來實現(xiàn)。1、阻隔性參數(shù)擬合擬合是求解離散數(shù)據(jù)逼近函數(shù)的一種數(shù)學(xué)計算方法。阻隔性參數(shù)擬合,簡單的說就是通過試驗,獲得在容易實現(xiàn)的溫度條件下的試驗數(shù)據(jù),然后通過擬合算法,求得特殊溫度下的阻隔性參數(shù)值的數(shù)學(xué)計算過程。2、阻隔性參數(shù)擬合的理論依據(jù)無機(jī)氣體的滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)與溫度的關(guān)系均服從Arrhenius 方程1 -2 : 式中:P、D、S 滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)Po、Do、So 與氣體-固體配偶有關(guān)的常數(shù)E P、E D、H 透過活化能、擴(kuò)散活化能、溶解熱R 摩爾氣體常數(shù),8.31441J/mol·KT 絕對溫度對于常見無機(jī)氣體,

3、溫度升高,P、D、S 增大,溫度波動明顯影響測試結(jié)果。3、Labthink蘭光VAC-V1壓差法氣體滲透儀的阻隔性參數(shù)擬合功能Labthink 蘭光推出的VAC-V1壓差法氣體滲透儀,具備阻隔性參數(shù)擬合的功能。通過使用VAC-V1 試驗,獲得可實現(xiàn)溫度范圍內(nèi)2 組以上不同溫度的試驗數(shù)據(jù)時,使用者就可以使用設(shè)備自帶的擬合功能輕松獲得任意溫度下的氣體滲透量、滲透系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)以及溶解系數(shù)。實測試驗數(shù)據(jù)越多,擬合結(jié)果越準(zhǔn)確。由于VAC-V1 具有550的測試溫度自控溫功能,這就使得對于阻隔性參數(shù)擬合功能的使用更加簡單、方便?，F(xiàn)使用VAC-V1 進(jìn)行125 m 厚的PC 膜的氧氣滲透性測試,在30、3

4、5、40下進(jìn)行試驗,得到以下試驗數(shù)據(jù)(見表1。表1. PC 膜測試數(shù)據(jù) 由以上數(shù)據(jù)擬合得到45的O2滲透系數(shù)是16.04 × 10 -11 cm3·cm/m2·s·cmHg,O2滲透量是842.85cm3/m2·24h·0.1MPa,實際的測試結(jié)果是15.79 × 10 -11 cm3·cm/m2·s·cmHg 和829.729cm3/m2·24h·0.1MPa,預(yù)測值與測量值的誤差僅有1.58%,很理想。當(dāng)然了,擬合功能對材料是沒有選擇性的,對于其它薄膜,使用原理都一樣。V

5、AC-V1 還能將某段溫度范圍內(nèi)的擬合值導(dǎo)入Excel 文件,方便使用者對于一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理?，F(xiàn)將由3 組試驗數(shù)據(jù)擬合得到的-100120(173 393K的PC 膜氧氣透過量(以透過量為例導(dǎo)入Excel 并作圖,可得圖1。另外,設(shè)備還可以對極限溫度以內(nèi)的所有溫度點進(jìn)行擬合統(tǒng)計,使用者可以很容易地了解到在整個溫度范圍內(nèi)阻隔性參數(shù)隨溫度的變化趨勢。圖1. PC 膜氧氣滲透量與溫度的曲線4、聚合物玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度非結(jié)晶體聚合物存在兩種形態(tài),其一為玻璃態(tài),此間分子運動很受限制,就像凍結(jié)于體系中;另一為橡膠態(tài),這時分子可作長距離的運動,而不存在永久性的孔隙。這種由常溫“玻璃態(tài)”轉(zhuǎn)變成物性明顯不同的高溫“橡膠態(tài)”的過程中狹窄的溫變過度區(qū)域被稱為“玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度”(Tg。當(dāng)T>Tg 時,聚合物的結(jié)構(gòu)會發(fā)生蠕變而受到破壞,因此在Tg 上下,擴(kuò)散分子運動情況不同,阻隔系數(shù)1/T 曲線走勢在Tg 附近出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折。5、展望對于常見無機(jī)氣體的滲透,VAC-V1 的擬合功能是獲得特殊溫度下P、D、S 值的有效途徑。隨著科技的發(fā)展,可用于得到特殊溫度下P、D、S 值的方法會逐漸增多,理論上的一些經(jīng)驗公式也會得到進(jìn)一步的修正,同時測試技術(shù)的升級也能提供更加寬廣的測試環(huán)境溫度,這些都為