Nhiều người làm việc với màng cản cao cùng chung thắc mắc: màng nhựa thường cho kết quả thấm khí trong vài giờ, nhưng EVOH mất cả ngày, PVDC lâu hơn, còn màng ghép nhôm–nhựa gần như không thấy biến đổi áp suất dù để rất lâu. Vì sao thử cản cao lại mất nhiều thời gian?
Vì sao EVOH mất một ngày
Nhiều nhóm hydroxyl của EVOH tạo thành mạng liên kết hydro dày đặc, cho khả năng cản oxy/nitơ gấp hàng trăm lần màng PE thường. Trong phép thử chênh áp, khí phải vượt qua hết lớp mạch phân tử này đến lớp khác, nên quá trình thấm cực chậm. Đồng hồ đo chân không phía áp thấp phải thu đủ khí thấm để tạo ra biến đổi áp suất nhận diện được thì mới tính được tốc độ ổn định; EVOH mỗi giờ chỉ cấp vài pascal — có khi dưới 1 Pa — nên phải tích lũy 20 giờ trở lên.
Vì sao PVDC chậm hơn, còn nhôm–nhựa gần như không đo được
Mạch PVDC sắp xếp trật tự và khít hơn, độ kết tinh rất cao, nên tốc độ thấm thấp hơn EVOH một bậc; sau hơn mười giờ biến đổi áp suất phía áp thấp vẫn có thể dưới 10 Pa, do đó thường cần 30 giờ trở lên, và 40+ giờ với cấp cản siêu cao. Màng ghép nhôm–nhựa có lõi lá kim loại với tốc độ thấm lý thuyết gần bằng không; lượng thấm yếu ớt gần như chỉ đến từ lỗ kim, khuyết tật lớp ghép hoặc rò mép. Lượng khí quá nhỏ khiến biến đổi áp suất phía áp thấp có thể dưới 1 Pa — dưới độ phân giải của đồng hồ đo thường — tạo ra tình trạng “gần như không đo được”.
Vì sao hút chân không và nhả hấp phụ quan trọng
Hút chân không không phải chỉ là thủ tục. Trong thử cản cao, ngay cả vết khí dư trong buồng cũng có thể vượt tổng lượng khí thấm qua mẫu, trực tiếp làm sai dữ liệu. Hút chân không có hai tác dụng: thứ nhất, loại bỏ triệt để không khí và hơi ẩm hấp phụ trên hai buồng thử, đường ống và bề mặt mẫu để chúng không giải phóng chậm và nhiễu việc theo dõi phía áp thấp; thứ hai, kéo áp suất ban đầu về gần chân không để loại bỏ nhiễu nền ngay từ gốc.
Nhả hấp phụ cũng quan trọng không kém. Ở áp suất thường, thành buồng, thành ống và bề mặt mẫu hấp phụ rất nhiều phân tử không khí và hơi nước; khi được hút về chân không, các phân tử này giải phóng chậm. Trong thử cản cao, lượng khí giải phóng có thể vượt cả lượng thấm qua mẫu; bắt đầu trước khi nhả hấp phụ ổn định sẽ đọc nhầm khí giải phóng thành khí thấm qua mẫu và cho giá trị cao hơn nhiều so với thực tế.
Yếu tố nào ảnh hưởng thời gian thử
- Cấp cản của vật liệu — cản càng cao, khí qua mỗi đơn vị thời gian càng ít, càng cần tích lũy lâu;
- Độ phân giải của đồng hồ chân không — dải đo càng lớn, ngưỡng phân giải càng cao, càng cần nhiều thời gian tích lũy;
- Tốc độ nhả hấp phụ của hệ — thành buồng càng nhám, tạp hấp phụ càng nhiều thì ổn định càng lâu;
- Độ ổn định nhiệt độ môi trường — dao động càng lớn, thiết bị càng tốn thời gian bù nhiễu nhiệt;
- Mức chân không của hệ — rò rỉ nhỏ buộc kéo dài phép thử để khớp dữ liệu;
- Độ dày mẫu — cùng vật liệu, càng dày thì đường đi càng dài, thấm càng chậm;
- Loại khí thử — phân tử càng lớn, thấm càng chậm, càng lâu;
- Thể tích buồng — buồng áp thấp càng lớn, cùng lượng khí thấm gây biến đổi áp suất càng nhỏ;
- Yêu cầu độ chính xác — độ lặp càng chặt thì càng cần nhiều điểm dữ liệu ổn định;
- Khâu tiền xử lý — dung môi/hơi ẩm dư trên bề mặt càng nhiều thì thoát khí càng lâu.
Cách rút ngắn thời gian mà vẫn đảm bảo độ chính xác
Sấy khô trước mẫu để loại hơi ẩm bề mặt giúp giảm mạnh gánh nặng nhả hấp phụ; sau khi lắp mẫu, kéo dài hút chân không sơ bộ để nhả hấp phụ hoàn tất sớm; chọn đồng hồ dải nhỏ độ chính xác cao phù hợp cấp cản thay vì dùng cảm biến dải lớn cho mẫu thấm cực thấp; và lập kế hoạch lô để tận dụng khung giờ đêm ổn định chạy liên tục.
Về độ chính xác: giữ nhiệt độ môi trường trong ±0,1 °C, định kỳ kiểm tra tỷ lệ rò để độ rò hệ thống thấp hơn nhiều so với độ thấm của mẫu, chờ nhả hấp phụ ổn định hoàn toàn trước khi bắt đầu, và đặt điều kiện kết thúc hợp lý cho từng cấp cản. Hệ thống chân không tốc độ cao, van chính xác và điều khiển thông minh có thể rút gần một nửa chu kỳ từng mất hàng chục giờ, đồng thời giữ dữ liệu tuân thủ GB/T 1038 và các tiêu chuẩn tương tự.
