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目前探讨铝箔复合软包材阻隔性能的影响因素二

发布时间:2021-07-20 15:44:10 阅读: 来源:循环泵厂家
目前探讨铝箔复合软包材阻隔性能的影响因素二

探讨铝箔复合软包材阻隔性能的影响因素二

2、针孔对铝箔复合材料阻隔性影响的理论推导

铝箔针孔是铝箔产生透过性的唯一因素。相对而言,铝箔针孔的检测较为简单方便,一般实际应用中,也只检查铝箔针孔的大小和数量。如何从理论上建立铝箔针孔与铝箔的氧气目前透过特别是散布不均率和水蒸汽透过率的定量关系,不论在理论上,还是在实际应用中都具有重大意义。

设有一个半径为r0针孔的铝箔与厚度为d的均匀的单层塑料膜复合。复合膜将浓度为P和P`的某气体分成A、B2个足够大的独立区。假设在B区内,铝箔针孔正对位置上的塑料膜的气体透过性与单层塑料一样,而其它位置上的塑料膜由于受复合铝箔的影响,单位面积上气体透过量要比针孔正方位置的塑料膜小,为了方便,以针孔摩擦力比较大正对一样是1千克材料位置上的透过性为基准,将其它位置上由于铝箔的影响而使透过量减少的因素,折算为面积的减少。

如图1所示,设在塑料膜上距针孔中心轴r0+x处,有一个dx宽的微分圆环,则微分圆环面积为2π(r0+x)dx,微分圆环距铝箔针孔边的距离为。根据传质原理,相同条件下由于距离的增加,dx微分圆环上单位面积上的透过量仅为针孔正下方位置的 。同时,还可以看到dx微分圆环对于这一长度方向来说,并非垂直截面,而是一个斜面,若将其折算为传质方向上的垂直有效面积应乘以d/ 。还应意到推理模型的微分传质块是一个上小下大的锥形,由于锥形因素的影响,x+r0处dx宽的微分圆环上单位面积的传质量与针孔正对方位置相比,还应乘以r0/(r0+x)。综上考虑到距离、斜面、锥形3个因素的影响,在x+r0处dx宽的微分圆环上的面积,折算为针孔正对方位置的传质面积dS等效为:

两边积分可得:

在实际上由于一般薄膜的长和宽远大于薄膜的厚度(x>>d),则

由上可知针孔的总有效传质面积(折算为塑料膜的面积)与针孔的半径及塑料膜的厚度有关,随针孔的半径和塑料膜的厚度的增加而增加,而与铝箔厚度无关。

若与塑料复合的铝箔有n个半径为r1、r2…rn的针孔则:

假设有一个400个/m2直径为0.1mm针孔的0.007mm厚的铝箔与0.050mm的LDPE复合。对于0.050mm的LDPE,查有关资料(2)并通过计算可得其氧气透过率为3950m3/m(25℃50%RH)水蒸汽透过率为18g/m2.24h(40℃90%RH),铝箔与LDPE复合后,氧气透过率为0.052cm3/m,水蒸汽透过率为2.3×g/m2.24h。可以看出铝箔与塑料膜复合后,其氧气透过率和水蒸汽透过率不是铝箔与塑料两透过率的简单组合,而是要比简单组合少得多。

从S总有效=π2d r0+πr02可以看出当塑料薄膜的厚度d<0.32 r0时针孔正方的透气占对缺少技术资源的创业者主导地位,当d>0.32 r0时针孔侧面的透气占据了解主导地位。铝箔复合膜中塑料膜的厚度增加一方面薄膜的阻隔性能增加,另一方面,由于厚度的增加,S总有效增加,从而减弱了由厚度增加而使阻隔性能增加的趋势。按塑料膜50μm厚,铝箔针孔半径0.03mm计算,若塑料膜的厚度增加一倍,其阻隔性能只约增9%,但当针孔半径为0.1mm时,相同情况下,塑料膜的厚度从50μm增加到100μm,其阻隔性能增加约20%。

实际应用中,铝箔作为阻隔材料,常常复合在中间,从以上推导原理中,可以看出,按以上方法分别求出各自与铝箔复合后的透过率,再按简单叠加的原理求得三层复合膜的透过率。

对0.012mm厚的普通BOPET,其氧气透过率约为234cm3/m(25℃ 50%RH),0.070mm厚的CPP其氧气透过率为1357cm3/m(25℃50%RH),它们与200个/m2?为0.1mm针孔的9μm铝箔(日本东海金属的标准)复合后,可求得BOPET12/AL9/CPP70三层复合材料的透过率为0.00061cm3/m。这一结果与日本资料(1)介绍的BOPET12/AL9/CPP70复合膜的氧气透过率在~cm3/m以下基本相符。从上还可看出,CPP的厚度和性能不影响BOPET12/AL9/CPP70复合材料的氧气透过率,只影响复合材料的力学性能。

铝箔与塑料复合材料的透气性公式推导中,假设铝箔与塑料之间没有粘合剂层,而实际上干法复合都使用粘合剂,粘合层的性质与塑料常有较大差异。有研究结果表明,粘合层的厚度和固化工艺对复合膜的阻隔性能有影响。同时,铝箔表面可能存在着疏松层,使水蒸汽和氧气在铝箔界面上的传质阻力较小,使总的透过率增大。在推导过程中,假设扩散过程符合虎克定律(FicRian)条件,对于氧气而言,一般都符合虎克定律,但水蒸汽的扩散过程,一般属于非虎克定律型扩散。综上因素,理论计算值与实际值可能会有较大出入。(待续)

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