ما هو معدل اختراق الغازات ؟ كيف يتم تحديده، وطريقة قياس

معدل اختراق الغاز (GTR) هو: حجم الغاز الذي يخترق العينة لكل متر مربع في اليوم، تحت ظروف درجة الحرارة والفروق الضغطية المحددة (محولة إلى فروق ضغط قياسية قدرها 0.1 ميجا باسكال). الوحدة الشائعة هي cm³/(m²·24h·0.1MPa). كلما كانت القيمة أقل، كان قدرة المادة على عزل الغاز أقوى.

التشبيه: عند تفريغ البالون من الهواء، سيبدأ في الانكماش تدريجياً بعد عدة أيام… جزيئات الغاز تخرج من جدران البالون. ما يقيسه GTR هو سرعة خروج الجزيئات من البالون؛ كلما كان المادة أكثر كثافة، كان الانكماش أبطأ.

التعريفات المذكورة في المعيار

يعرّف المعيار ASTM D1434 (Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film and Sheeting) في البند 3.1.1 معدل نفاذ الغاز (GTR) بأنه «كمية غاز معيّن مارّة خلال وحدة الزمن عبر وحدة من السطحين المتوازيين لفيلم بلاستيكي في ظروف الاختبار» — وحدة النظام الدولي mol/(m²·s)، والوحدة الشائعة mL(STP)/(m²·d) عند فرق ضغط جوي واحد. أما معيار الطريقة الدولي المقابل فهو ISO 2556 (الطريقة الضغطية).

شروط الفروق في الكمية والضغط

يرجى ملاحظة أن وحدات قياس طريقة الفروق الضغطية GTR تحتوي على بند الفروق الضغطية (0.1 ميجا باسكال)، وهذا يختلف عن وحدات قياس طريقة كولوم OTR التي تكون cm³/(m²·24ساعة). آليات التجربة في كلا الطريقتين مختلفة، لذلك لا يمكن مقارنة النتائج أو تحويلها بشكل مباشر. كما أن قيمة GTR للنفس المادة تتغير باختلاف نوع غاز التجربة ودرجة الحرارة، ويجب توضيح هذه الشروط في التقارير.

طريقة القياس: طريقة الفرق في الضغط

يتم تقسيم الحجرة إلى حجرة عالية الضغط وحجرة منخفضة الضغط: يتم أولاً تفريغ الحجرة المنخفضة الضغط من الهواء، ثم يتم ملء الحجرة العالية الضغط بغاز الاختبار؛ يمر الغاز عبر الحجرة المنخفضة الضغط، مما يؤدي إلى زيادة ضغطها تدريجياً. يتم حساب معدل مرور الغاز بناءً على منحنى الضغط الزمني. المعايير المقابلة: 1038.1-2022 (الصين)، ASTM D1434 (الولايات المتحدة)، ISO 2556 (الدولية). الميزة البارزة لطريقة الفرق في الضغط هي أن استخدام جهاز واحد يمكنه قياس نسبة الغازات المختلفة مثل الأكسجين، ثاني أكسيد الكربون، النيتروجين، الهيدروجين، الهيليوم، والهواء.

الفروقات والطرق المختلفة للتعاون مع OTR

طريقة الفروق في الضغط GTR هي طريقة لقياس الغازات بشكل عام، أما طريقة الكولومنال OTR فهي طريقة مخصصة لقياس الأكسجين وتتميز بدرجة دقة أعلى. تحدد معايير المنتج الطريقة التي يجب استخدامها: طريقة الفروق في الضغط للتقييم العام للتصريف الهوائي، وطريقة الكولومنال للكشف عن التصريف الدقيق للأكسجين في المواد ذات الحاجز العالي. الطريقتان تكملان بعضهما البعض، وتلبيان متطلبات الدقة المختلفة وأنواع الغازات المختلفة.

المراجع/المصادر

• ASTM D1434, Standard Test Method for Determining Gas Permeability Characteristics of Plastic Film and Sheeting (معهد ASTM الدولي)؛
• ISO 2556، البلاستيك — تحديد معدل نفاذ الغاز للأغشية والصفائح الرقيقة تحت الضغط الجوي (المنظمة الدولية للتوحيد القياسي).
• هذه هي المصادر المرجعية الرئيسية للتعريفات وطرق الاختبار الواردة في هذه المقالة.