تُعدّ نفاذية الغاز للمواد (النفاذية) أحد أهمّ العناصر في اختبار الأداء الفيزيائي للمواد. تُسمى المواد ذات النفاذية المنخفضة بالمواد ذات النفاذية المحددة للغازات. ومن بين هذه المواد، تُسمى تلك ذات النفاذية المنخفضة جدًا للغازات بالمواد الحاجزة، وتُستخدم على نطاق واسع كمواد وظيفية (مثل تغليف السلع). أما المواد ذات النفاذية العالية، فهي تُعتبر، مقارنةً بالمواد الحاجزة، ذات نفاذية غازية عالية جدًا، وتتنوع استخداماتها بشكل كبير.

1. اختبار نفاذية الهواء

كثيراً ما يُشار إلى اختبار النفاذية بأنه اختبار يُجرى على مادة ذات حاجز غازي معين للكشف عن نفاذية غازات محددة. تتكون هذه المواد في الغالب من بوليمرات أو مواد مركبة متعددة الطبقات مصنوعة من بوليمرات عالية، وتُستخدم على نطاق واسع في تغليف المنتجات في مجالات الأغذية والأدوية والصناعات الكيميائية والإلكترونيات والصناعات العسكرية وغيرها. ومن بينها، تُستخدم المواد ذات خاصية الحاجز الممتازة (نفاذية غازية منخفضة للغاية) في تغليف البضائع الحساسة للأكسجين وبخار الماء، وهو ما يُمثل محور تركيز تطوير صناعة التغليف البلاستيكي في السنوات الأخيرة، كما يُشكل أساساً لتطوير أنواع جديدة من التغليف مثل التغليف المُهوى والتغليف الفراغي والتغليف المعقم. تشمل طرق اختبار نفاذية المواد بشكل أساسي طريقة فرق الضغط وطريقة الضغط المتساوي، وتُستخدم طريقة فرق الضغط على نطاق واسع في نطاقات لانج. تُعد طريقة فرق الضغط طريقة اختبار فيزيائية بحتة، ومبدأ الاختبار واضح، وتتوافق مع معدات اختبار النفاذية المذكورة لاحقاً، وهي الطريقة الأساسية في اختبار النفاذية. تنقسم طريقة فرق الضغط إلى طريقة فرق الضغط الفراغي وطريقة فرق الضغط الموجب. وفقًا لمعيار الكشف، يجب اعتماد مقياس فراغ أو مستشعر ضغط مقياس بدقة عالية جدًا، ويجب جمع أي تغيير طفيف في الضغط في عملية الكشف.

اختبار نفاذية الهواء يتميز بالخصائص التالية:

أولاً وقبل كل شيء، تعتبر درجة الفراغ في غرفة الاختبار أهم مؤشر لمعدات اختبار النفاذية التفاضلية للفراغ.

يشترط معيار ASTM D 1434-82 (2003) ألا يتجاوز الضغط المنخفض في طريقة قياس فرق الفراغ 26 باسكال، بينما يشترط معيارا ISO 2556:2001 وGB/T 1038-2000 ألا يتجاوز الضغط المنخفض 27 باسكال، ويجب أن يكون جهاز اختبار نفاذية الهواء مزودًا بمضخة تفريغ ذات قدرة عالية. ولأن درجة الفراغ ترتبط ارتباطًا مباشرًا بحالة العينة، فإن مدى استيفاء درجة الفراغ للمتطلبات القياسية سيؤثر بشكل ملحوظ على بيانات الاختبار. ثانيًا، تؤثر دقة مقياس الفراغ تأثيرًا مباشرًا على دقة نتائج الاختبار، ويخضع اختيار الدقة لحدود معينة في نطاق قياس مقياس الفراغ. ونظرًا لانخفاض نفاذية الغاز لهذا النوع من المواد، فإن معدل تغير الضغط في الحجرة السفلية أثناء عملية الاختبار يكون ضئيلًا جدًا، لذا لا يلزم أن يكون نطاق قياس مقياس الفراغ واسعًا جدًا. يوضح الجدول 1 بيانات قياس نفاذية الأكسجين لخمس مواد ذات حاجز عالٍ. في هذه المجموعة من الاختبارات، لا يتجاوز الحد الأقصى لتغير الضغط في نهاية الاختبار 20 باسكال.

ثالثًا، يمكن أن يؤثر تغير درجة الحرارة بشكل مباشر على خاصية الحاجز للعينة. ويتأثر معامل النفاذية ومعامل الذوبان ومعامل الانتشار للمادة بتغير درجة الحرارة وفقًا لمعادلة أرهينيوس.

2. اختبار قابلية التنفس

بالنسبة للمواد ذات النفاذية العالية للغاز، مثل رغوة البلاستيك والكرتون والجلود والمنسوجات والورق، كالسيراميك المسامي المستخدم في بعض المجالات، من الضروري تحديد نفاذية الغاز لهذه المواد. فعلى سبيل المثال، تؤثر نفاذية ورق السجائر بشكل مباشر على مظهرها، وطعم السجائر، وتركيب غازات الاحتراق. كما أن التحكم في نفاذية الهواء للمنسوجات يؤثر بشكل مباشر على راحة ارتدائها، وهو عامل أساسي. يُطلق على اختبار نفاذية الغاز لهذه المواد اسم اختبار التهوية، ويتطلب استخدام جهاز اختبار تهوية متخصص. يمكن تقسيم طرق اختبار هذه المواد إلى نوعين: قياس فرق الضغط الثابت وقياس فرق الضغط الثابت. يُستخدم قياس فرق الضغط الثابت بشكل أساسي في اختبار رغوة البولي يوريثان والمواد المرنة المسامية اللينة أو الصلبة. أما قياس فرق الضغط الثابت فيُستخدم بشكل أساسي في المنسوجات والأقمشة غير المنسوجة والجلود والجيوتكستايل، وغيرها. يتطلب اختبار نفاذية الورق والجلود وغيرها من المواد قياس زمن مرور الغاز عبر حجم معين. يُقاس معدل تدفق الهواء تحت فرق ضغط معين، والذي يمكن تصنيفه على أنه معدل تدفق قياس فرق الضغط الثابت، ثم يُحسب بناءً على معدل التدفق المقاس. وبالمقارنة مع اختبار النفاذية الذي تم تقديمه سابقًا، فإن اختبار النفاذية يتميز بالخصائص التالية:

أولاً، تختلف المواد المختبرة. يُستخدم اختبار النفاذية بشكل أساسي للكشف عن الأغشية الرقيقة، بينما يُستخدم اختبار النفاذية بشكل أساسي للكشف عن المواد المسامية والأقمشة غير المنسوجة، وما إلى ذلك.

ثانيًا، يمكن لاختبار النفاذية الكشف عن نفاذية الأكسجين والهيليوم وثاني أكسيد الكربون والهواء والغازات الأخرى للمواد، بينما يكشف اختبار النفاذية بشكل أساسي عن نفاذية الهواء للمواد.

ثالث، هناك فرق كبير في مدة الاختبار، فمدة اختبار النفاذية طويلة، ومدة اختبار النفاذية أقصر بكثير، وهذا يرجع أساسًا إلى أن مادتي الاختبار لديهما فرق كبير جدًا في النفاذية.

رابعاً، لأن اختبار قابلية التهوية يكشف بشكل أساسي عن المواد ذات قابلية التهوية العالية، فإن الجهاز لا يحتاج إلى استخدام مقياس الفراغ أو مستشعر الضغط ذي الحساسية العالية، كما أن قدرة ضخ الفراغ لمضخة الفراغ منخفضة نسبيًا، ولكن مستشعر الضغط مطلوب أن يكون له نطاق واسع لتلبية احتياجات الكشف عن قابلية التهوية المختلفة.

خامساً، لا تقتصر المكونات الرئيسية لمعدات اختبار قابلية التنفس على أجهزة استشعار الضغط ومضخات التفريغ فحسب، بل تشمل أيضًا دقة ونطاق عدادات التدفق.

سادساً، تختلف وحدات بيانات الاختبار اختلافًا كبيرًا باختلاف المواد، نظرًا لاختلاف معايير وأساليب الاختبار: على سبيل المثال، تُقاس نفاذية المنسوجات بوحدة مم/ث، بينما تُقاس نفاذية الجلود بوحدة مل/سم²-ساعة. وباستخدام برامج تشغيل خاصة، يمكن لجهاز اختبار الشفافية نفسه تحويل جميع أنواع بيانات الاختبار المذكورة أعلاه. في الوقت الحالي، يشهد تطوير أجهزة اختبار التهوية تفاوتًا كبيرًا. فعلى سبيل المثال، يوجد في السوق أنواع عديدة من أجهزة اختبار التهوية المستخدمة للمنسوجات والورق وغيرها من المواد، بينما لا يوجد سوى عدد قليل من أجهزة الاختبار المستخدمة لرغوة البولي يوريثان والمواد المرنة المسامية.

بريد إلكتروني: hello@utstesters.com

مباشر: +8615260605085

الهاتف: +86-596-7686689

الموقع الإلكتروني: www.uttesters.com