ผู้ที่ทำงานด้านการทดสอบฟิล์มกั้นสูงหลายคนพบข้อสงสัยเดียวกัน กล่าวคือ ฟิล์มพลาสติกทั่วไปให้ผลการทดสอบก๊าซภายในไม่กี่ชั่วโมง แต่ EVOH ต้องใช้เวลาเต็มหนึ่งวัน PVDC นานกว่านั้น และฟิล์มคอมโพสิตอะลูมิเนียม–พลาสติกแทบไม่แสดงการเปลี่ยนแปลงของความดันเลยแม้ผ่านไปนาน เหตุใดการทดสอบวัสดุกั้นสูงจึงใช้เวลานานเช่นนี้
เหตุใด EVOH จึงใช้เวลาหนึ่งวัน
หมู่ไฮดรอกซิลจำนวนมากของ EVOH ก่อตัวเป็นเครือข่ายพันธะไฮโดรเจนที่หนาแน่น ทำให้สมบัติการกั้นออกซิเจนและไนโตรเจนสูงกว่าฟิล์ม PE ทั่วไปหลายร้อยเท่า ในการทดสอบแบบวัดความต่างความดัน ก๊าซต้องผ่านชั้นของสายโซ่โมเลกุลทีละชั้น ๆ การซึมผ่านจึงช้ามาก มาตรวัดสุญญากาศด้านความดันต่ำต้องเก็บก๊าซที่ซึมผ่านได้มากพอที่จะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความดันที่สังเกตได้ จึงจะคำนวณอัตราการซึมผ่านที่เสถียรได้ โดย EVOH อาจให้ก๊าซเพียงไม่กี่ปาสกาลต่อชั่วโมง และบางครั้งต่ำกว่า 1 Pa จึงต้องใช้เวลาสะสม 20 ชั่วโมงหรือมากกว่า
เหตุใด PVDC จึงช้ากว่า และอะลูมิเนียม–พลาสติกแทบวัดไม่ได้
สายโซ่ของ PVDC จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบกว่าและอัดตัวแน่นด้วยความเป็นผลึกที่สูงมาก อัตราการซึมผ่านจึงต่ำกว่า EVOH หนึ่งอันดับ หลังผ่านไปกว่าสิบชั่วโมง การเปลี่ยนแปลงของความดันด้านต่ำอาจยังต่ำกว่า 10 Pa จึงมักต้องใช้เวลา 30 ชั่วโมงหรือมากกว่า และ 40 ชั่วโมงขึ้นไปสำหรับเกรดกั้นสูงพิเศษ ส่วนฟิล์มคอมโพสิตอะลูมิเนียม–พลาสติกมีแกนเป็นฟอยล์โลหะซึ่งตามทฤษฎีมีอัตราการซึมผ่านเป็นศูนย์โดยพื้นฐาน การซึมผ่านที่หลงเหลืออยู่แทบทั้งหมดมาจากรูเข็ม ตำหนิระหว่างชั้น หรือการรั่วที่ขอบ ปริมาณก๊าซน้อยมากจนการเปลี่ยนแปลงด้านความดันต่ำอาจต่ำกว่า 1 Pa ซึ่งต่ำกว่าค่าความละเอียดของมาตรวัดทั่วไป ทำให้เกิดสภาวะ “แทบวัดไม่ได้”
เหตุใดการไล่ก๊าซออกและการคายก๊าซจึงสำคัญ
การไล่ก๊าซออกไม่ใช่ขั้นตอนที่เป็นเพียงพิธีการ ในการทดสอบวัสดุกั้นสูง แม้ก๊าซตกค้างเพียงเศษเสี้ยวในห้องทดสอบก็อาจมีปริมาณมากกว่าก๊าซทั้งหมดที่ซึมผ่านตัวอย่าง ทำให้ข้อมูลคลาดเคลื่อนไปโดยตรง การไล่ก๊าซออกมีวัตถุประสงค์สองประการ ประการแรกเพื่อกำจัดอากาศและความชื้นที่ดูดซับอยู่บนผนังห้องทดสอบ ท่อ และผิวตัวอย่าง เพื่อไม่ให้ค่อย ๆ ปล่อยออกมาและรบกวนการติดตามค่าด้านความดันต่ำ และประการที่สองเพื่อดึงความดันเริ่มต้นของระบบให้ใกล้สุญญากาศและกำจัดการรบกวนจากสัญญาณพื้นหลังตั้งแต่ต้นทาง
การคายก๊าซก็สำคัญไม่แพ้กัน ภายใต้ความดันปกติ ผนังห้องทดสอบ ผนังท่อ และผิวตัวอย่างจะดูดซับอากาศและความชื้นไว้เป็นจำนวนมาก เมื่อปั๊มลงสู่สุญญากาศ โมเลกุลเหล่านี้จะค่อย ๆ ปล่อยออกมา ในการทดสอบวัสดุกั้นสูง ปริมาณที่ปล่อยออกมาอาจมากกว่าปริมาณที่ซึมผ่านตัวอย่าง หากเริ่มทดสอบก่อนที่การคายก๊าซจะเข้าสู่สภาวะคงตัว จะอ่านค่าก๊าซที่ปล่อยออกมาเป็นก๊าซที่ซึมผ่านตัวอย่าง และให้ค่าที่สูงกว่าความเป็นจริงมาก
ปัจจัยที่ส่งผลต่อระยะเวลาทดสอบ
- ระดับการกั้นของวัสดุ — ยิ่งการกั้นสูง ปริมาณก๊าซที่ผ่านต่อหน่วยเวลายิ่งน้อย และต้องใช้เวลาสะสมนานขึ้น
- ความละเอียดของมาตรวัดสุญญากาศ — ช่วงการวัดของเซนเซอร์ที่กว้างขึ้นทำให้ค่าความละเอียดต่ำสุดสูงขึ้น และต้องใช้เวลามากขึ้นในการสะสมการเปลี่ยนแปลงให้เพียงพอ
- ความเร็วในการคายก๊าซของระบบ — ผนังห้องทดสอบที่หยาบกว่าและสิ่งเจือปนที่ถูกดูดซับไว้มากกว่าทำให้ต้องใช้เวลานานขึ้นในการเข้าสู่สภาวะคงตัว
- ความเสถียรของอุณหภูมิแวดล้อม — การแกว่งของอุณหภูมิที่มากขึ้นบังคับให้เครื่องมือใช้เวลามากขึ้นในการหักลบการรบกวนจากความร้อน
- ระดับสุญญากาศของระบบ — การรั่วไหลเล็กน้อยทำให้ต้องทดสอบนานขึ้นเพื่อให้ข้อมูลเข้ากับเส้นโค้ง
- ความหนาของตัวอย่าง — สำหรับวัสดุเดียวกัน ตัวอย่างที่หนากว่าทำให้ระยะทางยาวขึ้นและการซึมผ่านช้าลง
- ชนิดของก๊าซทดสอบ — โมเลกุลที่ใหญ่กว่าจะซึมผ่านช้ากว่าและใช้เวลานานกว่า
- ปริมาตรของห้องทดสอบ — ห้องความดันต่ำที่มีปริมาตรใหญ่กว่าจะแสดงการเปลี่ยนแปลงของความดันน้อยกว่าสำหรับการซึมผ่านในปริมาณเดียวกัน
- ความแม่นยำที่ต้องการ — ความสามารถในการทำซ้ำที่เข้มงวดขึ้นต้องใช้จุดข้อมูลที่เสถียรมากขึ้น
- การเตรียมตัวอย่างล่วงหน้า — ตัวทำละลายหรือความชื้นตกค้างบนผิวที่มากกว่าทำให้ต้องใช้เวลากำจัดก๊าซนานขึ้น
วิธีลดระยะเวลาโดยคงความแม่นยำไว้
การอบตัวอย่างล่วงหน้าเพื่อกำจัดความชื้นที่ผิวช่วยลดภาระการคายก๊าซได้อย่างมาก หลังติดตั้งตัวอย่างแล้วให้ขยายเวลาการไล่ก๊าซล่วงหน้าเพื่อให้การคายก๊าซสิ้นสุดเร็วขึ้น เลือกมาตรวัดความละเอียดสูงแบบช่วงแคบที่เหมาะสมกับระดับการกั้นที่คาดไว้ แทนการใช้เซนเซอร์ช่วงกว้างกับตัวอย่างที่มีการซึมผ่านต่ำมาก และวางแผนการทดสอบเป็นชุดเพื่อใช้ช่วงเวลากลางคืนที่ระบบเสถียรสำหรับการรันต่อเนื่อง
ในด้านความแม่นยำ ควรควบคุมอุณหภูมิแวดล้อมให้อยู่ในช่วง ±0.1 °C ตรวจสอบอัตราการรั่วเป็นประจำเพื่อให้การรั่วของระบบต่ำกว่าการซึมผ่านของตัวอย่างมาก รอให้การคายก๊าซเข้าสู่สภาวะคงตัวอย่างสมบูรณ์ก่อนเริ่มทดสอบ และกำหนดเงื่อนไขการสิ้นสุดที่เหมาะสมกับแต่ละระดับการกั้น ระบบสุญญากาศความเร็วสูง วาล์วความแม่นยำ และการควบคุมอัจฉริยะ สามารถลดรอบการทดสอบที่เคยใช้เวลาหลายสิบชั่วโมงลงได้เกือบครึ่งหนึ่ง โดยที่ข้อมูลยังคงสอดคล้องกับมาตรฐาน GB/T 1038 และมาตรฐานใกล้เคียง
