渗透性能检测

渗透性能检测是评估材料阻隔性能的关键技术手段，广泛应用于确保产品质量、安全性和合规性。其核心在于定量测定特定物质（如气体、水蒸气、有机蒸汽或化学物质）穿透材料的能力。

主要检测项目

1. 水蒸气透过率

• 检测原理：基于杯式法（增重或减重法）或传感器法（电解、红外或湿度传感器）。在材料两侧建立稳定的湿度差，测量恒定温度和湿度条件下，单位时间内透过单位面积材料的水蒸气质量。

• 检测方法：称重法（ASTM E96）、红外传感器法（ISO 15106-2）、电解传感器法（GB/T 21529、ISO 15106-3）。

• 意义：评估食品、药品包装的防潮性能，影响保质期；衡量建筑防水材料、纺织品等的舒适性和防护性。

2. 氧气透过率

• 检测原理：采用等压法（库仑计传感器）或压差法。在材料两侧形成氧气分压差，测量氧气透过材料的稳定流量。等压法使用库仑计传感器检测氧气量；压差法则测量低压侧压力的升高。

• 检测方法：库仑计传感器法（ASTM D3985， ISO 15105-2）、压差法（GB/T 1038， ISO 15105-1）。

• 意义：对食品、药品的抗氧化包装至关重要，直接决定产品货架期。也用于评估燃料电池组件、高阻隔工业材料的性能。

3. 氮气、二氧化碳透过率

• 检测原理：通常采用压差法或气相色谱法。压差法与氧气压差法类似；气相色谱法则通过色谱柱分离并定量检测透过的气体成分。

• 检测方法：压差法（GB/T 1038）、气相色谱法（定制方法）。

• 意义：二氧化碳透过率对碳酸饮料包装、气调保鲜包装（MAP）尤为关键；氮气透过率在惰性气体保护包装和某些特种材料中有重要应用。

4. 有机蒸气透过率

• 检测原理：模拟有机化学物质（如正己烷、醋酸）对材料的渗透。通常采用重量法或传感器法，测量在浓度梯度驱动下，有机蒸气透过材料的速率。

• 检测方法：重量杯法（ASTM E96的变体）、专用有机蒸气传感器法（如ASTM F739）。

• 意义：评估化学品包装袋、防护服、汽车燃油系统部件（如燃油管）对有机溶剂的阻隔能力，关乎安全与防污染。

5. 液体渗透性

• 检测原理：在材料一侧施加测试液体（水、油、血液等），在一定压力和时间内，观察另一侧是否有液体透过或发生颜色变化。

• 检测方法：静水压法（AATCC 127）、喷淋法（ISO 811）、血液穿透试验（ISO 16603）。

• 意义：直接评价手术衣、防护服、帐篷织物、户外服装的防水和防液体（尤其是血液、体液）性能。

6. 微生物渗透性

• 检测原理：使用含有指示微生物（如枯草芽孢杆菌）的悬液或气溶胶挑战材料，在另一侧用培养皿或液体培养基收集，培养后观察是否有微生物穿透。

• 检测方法：干式/湿式微生物挑战试验（ASTM F1609）、气溶胶渗透试验（ISO 22611）。

• 意义：是评价无菌医疗器械包装、生物安全防护服、洁净室材料无菌屏障完整性的黄金标准。

7. 氦气泄漏检测

• 原理：使用氦质谱检漏仪，在材料或容器一侧施加氦气，另一侧通过质谱仪检测微量的氦气分子。

• 方法：喷吹法、真空法（ASTM F2391）。

• 意义：用于检测医疗器械（如支架、起搏器）、汽车安全气囊、半导体封装、高真空设备等对泄漏率要求极高的产品的极微小缺陷和密封完整性。

8. 化学物质渗透（突破时间）

• 原理：模拟危险化学品接触防护材料的过程，测量从接触开始到化学物质被检测到穿透材料所需的时间。

• 方法：渗透池与在线分析（如气相色谱）联用（ASTM F739， ISO 6529）。

• 意义：为化学防护服、防化手套等个人防护装备（PPE）的材料选择和安全性评估提供关键数据。

9. 香气/风味阻隔性

• 原理：采用感官评价或仪器分析（如气相色谱-质谱联用，GC-MS），测量包装材料对特定香气成分的阻隔能力。

• 方法：三角感官测试、GC-MS顶空分析（ASTM E2225）。

• 意义：确保食品、化妆品和香水包装不损失内容物香气，也不被外界异味污染。

10. 空气透过性（透气度）

• 原理：在规定压差下，测量单位时间内透过单位面积材料的空气体积。

• 方法：葛尔莱法（Gurley）（TAPPI T460）、肖伯尔法（Schopper）（ISO 5636-5）。

• 意义：评估纸张、无纺布、纺织物、电池隔膜等材料的孔隙率和透气舒适性。

11. 血液与病毒渗透性

• 原理：使用模拟血液或含有噬菌体（如Phi-X174）的病毒悬液挑战材料，在机械压力下检测穿透。

• 方法：血液渗透试验（ISO 16603）、病毒渗透试验（ISO 16604）。

• 意义：专门评价医用防护材料（如手术单、隔离服）对血液和血源性病原体的屏障性能，是感染控制的核心指标。

12. 耐静水压

• 原理：在材料一侧以恒定速率增加水压，直到有三处渗水出现，记录此时的压力值。

• 方法：静水压试验（AATCC 127， ISO 811）。

• 意义：定量评估防水织物、土工膜等材料的抗液态水渗透能力。

检测范围与应用领域

1. 食品接触材料与包装：评估塑料、金属、复合材料制成的包装袋、容器、盖子对水蒸气、氧气、香气的阻隔性，确保食品安全与品质。

2. 药品包装：对泡罩包装、输液袋、西林瓶的阻隔性有极高要求，尤其是水蒸气、氧气和微生物渗透，直接关系到药品效期和用药安全。

3. 医疗器械与包装：检测无菌医疗器械初包装（如吸塑盒、透析器）的微生物屏障性能、透气性以及无菌完整性。

4. 儿童玩具：评估充气玩具、塑料部件的空气泄漏率，以及用于液体玩具（如戏水玩具）的液体密封性。

5. 个人防护装备：全面检测防护服、手套、口罩对化学物质、血液、病毒、微生物及液体的渗透性能。

6. 纺织品与服装：测试户外服装、帐篷、雨伞织物的防水透湿性、耐静水压和透气性。

7. 汽车工业：检测燃油管路对燃油蒸气的阻隔性、安全气囊织物的气体保持性、车灯密封件的防雾性。

8. 建筑材料：评估防水卷材、土工膜、建筑围护结构的水蒸气透过率和空气渗透性，关乎建筑节能与防潮。

9. 电子与新能源：检测太阳能背板、锂电池铝塑封装膜、半导体封装对水汽和氧气的超高阻隔要求。

10. 航空航天：评估舱内材料、燃料箱密封材料在极端环境下的气体渗透性能。

检测标准体系

• GB（中国国家标准）：

  • GB/T 1038：塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法（压差法）。

  • GB/T 21529：塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定（电解传感器法）。

  • GB/T 21332：硬质塑料容器透湿度试验方法。

  • 适用于中国市场准入和产品合规性认证。

• ISO（国际标准化组织）：

  • ISO 15105：塑料-薄膜和薄片-气体透过率的测定（压差和库仑计法）。

  • ISO 15106：塑料-薄膜和薄片-水蒸气透过率的测定（系列传感器法）。

  • ISO 16603/16604：防止接触血液和体液的防护服-确定合成血/病毒穿透阻力的试验方法。

  • 具有国际公认性，是国际贸易和技术交流的主要依据。

• ASTM（美国材料与试验协会）：

  • ASTM D3985：用库仑传感器测量氧气透过塑料薄膜和薄板的试验方法。

  • ASTM E96/E96M：材料水蒸气透过性的标准试验方法。

  • ASTM F739：防护服材料在连续接触条件下液体和气体渗透阻力的标准试验方法。

  • 在北美及全球许多工业领域被广泛采用，方法细致，常作为研发和质控依据。

主要检测仪器

1. 等压法气体透过率测试仪

• 技术特点：采用库仑计氧气传感器，测试腔两侧均为常压，仅靠氧气浓度差驱动。高精度、高分辨率。

• 检测能力：专精于氧气透过率测试，也扩展至二氧化碳等气体，范围可达0.005~200,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

2. 压差法气体透过率测试仪

• 技术特点：试样将测试腔分为高压和低压室，测量低压室压力的增量。通用性强，无需专用传感器。

• 检测能力：可测试氧气、氮气、二氧化碳等多种气体，范围宽，但对测试气体无选择性。

3. 红外法/湿度传感器法水蒸气透过率测试仪

• 技术特点：使用红外传感器或高精度湿度传感器直接检测透过的水蒸气浓度，速度快，精度高，自动化程度好。

• 检测能力：水蒸气透过率，测试范围宽，适应从高阻隔到高透湿的各种材料。

4. 称重法（杯式法）水蒸气透过率测试系统

• 技术特点：经典方法，将试样密封在盛有干燥剂或水的透湿杯上，定期称重。

• 检测能力：水蒸气透过率，成本较低，适用于各种形状的片材，但测试周期长。

5. 有机蒸气透过率测试仪

• 技术特点：通常采用精密重量法或专用传感器，测试腔体需耐腐蚀，并能精确控制有机蒸气浓度和温度。

• 检测能力：对正己烷、醋酸、酒精等特定有机溶剂的蒸气透过率。

6. 织物透气度测试仪

• 技术特点：如葛尔莱式，通过测量固定体积空气通过试样所需的时间来换算透气度。

• 检测能力：纸张、无纺布、纺织物等的空气流动阻力。

7. 氦质谱检漏仪

• 技术特点：利用质谱原理专门检测氦气，灵敏度极高，可达10^-12 Pa·m³/s。

• 检测能力：微小漏洞和密封件的绝对泄漏率，用于医疗器械、真空系统等密封性终极检验。

8. 耐静水压测试仪

• 技术特点：在试样一侧以动态（递增）或静态（恒压）方式施加水压，并自动检测渗漏点。

• 检测能力：织物、薄膜、涂层等材料的抗水渗透压力值。

渗透性能检测技术的持续进步，为各行业材料的研发、质量控制和安全监管提供了精确的数据支撑，是连接材料科学与终端应用安全不可或缺的桥梁。