密封包装（封套类）透湿率测试方法的研究

魏群峰 陈志强

摘要：目的-研究密封包装（封套类）透湿率测试的方法。方法-比较现有透湿率测试方法的优劣性，探讨适合密封包装（封套类）的测试方法。结果-相较于传统的透湿率测试方法，利用专业温湿度自动记录仪器，在试验过程中实时监测试样内部温湿度变化，利用相对湿度差计算结果，确保试验数据准确。此外，利用干燥氮气作为补充气体，有效避免其他气体对试验参数的干扰。结论-利用温湿度传感器测试透湿率的方法测试简单，易于实施，试验数据可靠，可用于目前大部分密封包装整体透湿率的测定。

关键词：透湿率；密封包装；传统方法；温湿度自动记录仪器

中图分类号：TS02 文献标识码：A 文章编号：1400 （2020） 05-0051-05

Study on The Method of Determining the Moisture Permeability of Sealed Packaging

WEI Qun-feng， CHEN Zhi-qiang（China Packaging Research Institute Co，.Ltd. Tianjin 300457， China）

Abstract： Objective-To study the method for the determination of moisture permeability of sealed packages （envelope type）. Methods-Compared the advantages and disadvantages of the existing methods for measuring moisture permeability， and discusses the testing methods suitable for sealed packaging （envelopment type）. Results-Compared with the traditional test method， by using professional automatic temperature and humidity recording instruments， the temperature and humidity inside the sample was monitored in real time during the test， and the relative humidity difference was used to ensure the accuracy of the test data. Besides， in order to avoid other gases interference to the test effectively， dry nitrogen was selected as the supplementary gas. Conclusion-The test method is simple， easy to implement， the test data is reliable， and the most sealed packages moisture permeability can be determined with this method.

Keywords： moisture permeability； sealed package； traditional methods； automatic temperature and humidity recording instrument

隨着包装设计的发展，无论是军品包装还是民品包装对密封包装的要求也愈加严格。本文以封套类包装为例，在和平时期，相当数量的军事装备需要满足长期储存的要求，为达到除湿，除氧，防锈的防护效果，大多会采用高阻隔性的软体封套作为包装载体[1]。封套材料自身具有一定的透湿率，透湿率的大小直接关系到野战装备的封存效果，透湿率越大则证明封存效果越差[2]。因此透湿率可以作为验证密封包装防护效果的重要参数。

在实际的储存过程中，货物往往需要经历复杂的气候环境，包括低温、高湿、高温高湿等。为了在较短时间内得到包装防潮阻隔性能的试验数据，可以通过实验室试验测试透湿率的方法。

根据国标《GB/T 16928-1997包装材料试验方法 透湿率》中规定，透湿率就是指试验材料保持在恒定的温度下，将其一面暴露在高相对湿度条件时，在规定时间内透过单位面积试验材料的水气质量，以g/（m2·24h）[3]表示。国标《GB/T 6981-2003硬包装容器透湿度试验方法》规定透湿度就是在规定的湿热试验大气条件和时间下，测试侵入内部空气保持干燥状态的硬质包装容器内的水蒸气量。单位是g/m2·d[4]。

1 传统密封包装透湿率测试方法

针对传统的透湿率测试方法，目前主要分为两大类，一类是针对成片材料的测试方法，另一类是针对整体密封容器的测试方法。两类方法所针对的测试载体虽有不同，但是其测试原理却是相似的，下面就几种标准中规定的测试方法做简要介绍。

针对片材的标准：

《GB/T 16928-1997 包装材料试验方法 透湿率》

方法A：将试验材料密封在装有干燥剂的透湿杯口部，使水气不能在试样边缘或通过试样边缘渗入。将封有试样的透湿杯称量后放入恒温恒湿箱（设置规定的试验条件）内，选择合适的时间间隔进行连续称量，将称量的重量变化与时间的关系作成图表。

方法B：将试验材料制作成试样袋，再将干燥剂放置在由制袋材料制成的干燥剂袋子中。把封合好的干燥剂袋装入试样袋，并将袋口封合后放入恒温恒湿箱（设置规定的试验条件）内，经过规定的平衡时间后，将袋子取出，在试样短边切去10mm窄条，将干燥剂袋取出，换入称量过的新的干燥剂袋重新密封后，放入恒温恒湿箱内，记录此时时间为开始时间，到达规定的暴露时间后，将干燥剂袋取出称量。最后沿中心线测量试样袋的内部长度和宽度。

最终的计算结果可通过式（1）进行计算。

针对整体包装的标准：

《GB/T 6981-2003硬包装容器透湿度试验方法》

以可重复密封的硬质包装容器为例，将干燥剂装入金属网、纤维纸或细布袋内，也可装入其他不吸收水汽的贮器内，将适量干燥剂网袋或干燥剂贮器（盖取下后）放在试样的中心处，然后密封试样。随后将试样放置在试验箱内，预热至40℃后进行湿热试验，在适当的间隔时间定期取出称量贮器进行称量，记录增量随时间的变化，至少记录三个连续的测试点使之成为一条直线，此时直线的斜率即为稳定增量速率期间的透湿度值。

《GB/T 6982-2003软包装容器透湿度试验方法》[5]

与《GB/T 6981-2003硬包装容器透湿度试验方法》试验要求类似。

《GJB 1444-92弹药包装通用规范》[6]

硬质包装容器透湿度的测定方法就是将装有干燥剂的袋子放在对应的称量袋中（密封后）逐个称量，将称量后的干燥剂从称量袋中取出，立即放入容器的中央或偏底部位置。将试样密封后放入恒温恒湿试验箱内，预热至40℃后进行吸湿试验。48h后取出3个试样（作空白试样），冷却至室温后，将干燥剂袋取出放入对应称量袋（密封后）进行逐个称量。经过30d的试验后，将剩余的3个试样取出，按照上述方法进行逐个称量。最后按照式（2）进行计算。结果评定：以3个试样的平均值来评定容器的透湿度。

式中：Rc—透湿度g/m2·30d

W1—试验结束试验样品内干燥剂含袋重量，g

W2—试验样品内干燥剂含袋的初始重量，g

W3—48h后3个空白试样内干燥剂含袋重量的平均值，g

W4—3个空白试样内干燥剂含袋的初始重量平均值，g

A—容器的表面积，m2

T—48h后，剩余试验样品继续试验的时间，h。

《GB/T 31355-2014包装件和容器水蒸气透过性测试方法 红外传感器法》[7]

将待测试样安装在仪器的包装件试验支架上，用环氧树脂将试样与试验支架连接处密封，将待测试样安装于恒温恒湿（已知温湿度）装置中，向试样内充入干燥的载气，用以吹净试样内的空气，按照规定的时间和步骤吹扫完毕后调节载气流量到选定值（与所选参考膜校正时相同），保持流量稳定。试验开始后，电压输出值的变化在5%以内时，试验达到稳定状态，记录此时的电压输出值。利用式（3）来计算最终结果。

式中：

R—试样的水蒸气透过率，单位为克每天（g/d）；

ES—试样测试稳态时输出电压，单位为毫伏（mV）；

E0—试验前零电压，单位为毫伏（mV）；

ER—参考膜测试稳态时的输出电压，单位為毫伏（mV）；

注：仪器的校正参数C与校正时使用的参考膜有关，新型的检测设备可自动计算水蒸气透过率。

以上传统的试验方法中，对于试验的条件有着不同的规定，如表1所示：

传统的测试方式多是通过比较干燥剂在试验前后的重量变化而得到的。虽然操作简单，但是在此过程中，都需要人为的操作，而这难免会引入测量的偏差。同样，用来称量的设备精度也会对试验结果造成较大的影响。更重要的是，以上方法中在恒温恒湿箱中的试验时间过长，也会极大的影响试验的效率。红外传感器测试方法虽然排除了干燥剂法的影响因素，但是其操作复杂，对试验仪器要求很高。那么针对密封包装，如何高效且准确的获得透湿率呢？针对实际使用的封套包装密封效果，不应使用材料透湿率单一的评价，因为还要考虑实际包装过程的操作，封套包装密封结构对整体封套包装密封效果的影响，故应用温湿度传感器方法检测封套包装整体的密封性能与实际情况更接近，从完全模拟环境实际情况的角度，温湿度传感器方法准确性更好。

2 新型密封包装透湿率测试方法

由于封套类密封包装首先在材质上是复合材料，其次在结构上它是由多种封套材料及配件构成的。利用传统方法测试的透湿率数据，在一定程度上是不可靠的。因此由杨万均等提出了一种基于传感技术的密封包装容器透湿度测试方法[8]，其原理是利用高精度的温湿度传感器，测试一定温度下包装内部相对湿度变化，再由公式计算出结果。研究结果表明，与传统方法相比，新型方法的结果误差仅为2%左右。是可以应用于密封包装容器的透湿率测试的。针对此种方法是否可以应用于封套类的测试呢，下面我们就通过一组试验来考察此种方法的实际操作性。

2.1试验样品及设备

试验样品为折叠式防护封套，拉链式结构，上下有顶衬，在不使用时样品可处于折叠状态，使用时需利用支撑管搭建框架结构，并将其放入封套内。试验开始前，需将试样展开成使用状态。

本次试验的温湿度自动记录仪采用的是由美国Onset公司生产的U12-011记录仪。记录仪尺寸：58mm×74mm×22mm，重量46g。温度测量范围-20.0℃～70.0℃，相对湿度测量范围：5.0%RH～95.0%RH。

本次试验的试验箱选用的是由重庆银河试验仪器有限公司生产的步入式温箱。可实现温度，湿度的精准控制。温度范围：-60.0℃～85.0℃。相对湿度范围：20.0%RH～98.0%RH。

2.2试验过程

利用分析软件将温湿度自动记录仪设定为每10min记录一次。记录仪成功开启后，将记录仪用线绳固定悬于试样内，位置选择在试样的物理中心。

在试验箱中再放置一部记录仪，位置尽量靠近试样，以便比较试样内外侧温湿度变化。

将试样密封后，利用抽气泵连接试样上的通气孔，尽可能的将试样内的空气抽出，随后向其内部充入干燥的氮气至试样处于平衡状态。使试样与外部形成明显的湿度差。重复上述步骤3次。

将处理好的试样放置于试验条件为温度38.0℃，相对湿度90.0%RH的试验箱内，试验时间为7d。为了剔除由于温度引起的相对湿度梯度误差，要选择试样内外温度达到平衡时的时间作为透湿率试验的开始时间[8]。

试验结束后，读取温湿度自动记录仪中的数据。得到当试验开始时试样内的相对湿度为8.8%RH，及试验结束时试样内的相对湿度为28.6%RH。利用以下计算公式进行运算。

2.3 结果计算

不同温度下空气中饱和水分含量可根据有关文件获得。透湿率可用式（4）进行计算：

式中：

Qr—透湿率（g/m2d）

dv—不同溫度下空气中饱和水分含量（g/m3）

V—试样容积（m3）

RH前—试验开始时试样内的相对湿度

RH后—试验结束时试样内的相对湿度

t—温湿度试验时间（d）

S—试样暴露的表面积（m2）

在38℃时的饱和水分含量为46g/m3，试样容积为3.05m3，试样暴露的表面积为10.53m2。由公式（4）可以得出，本次测试的透湿率为0.38g/m2d。

3 结语

随着科技的进步，传统的透湿率测试方法因其结果偏差较大，操作复杂等原因势必会做出改进。通过试验验证，证明利用温湿度自动记录仪测量并计算透湿率的方法，可以很好的适用于封套类包装。其特点是：一方面保证了试验数据准确性，有效克服了传统方法的技术局限[8]，另一方面使用了常规的试验仪器，降低了试验难度，易于实施。由此可见，该方法可以满足大部分体积较大且材料复杂的密封包装的透湿率测定，为测试密封包装的防潮阻隔性能提供了重要参考。

参考文献：

[1] 张春和，郭建杰，张众杰.后勤装备整装封套封存技术与防护效果评价[J].包装工程，2017，38（19）164-167.

[2] 段志强，易建政，宣兆龙.野战弹药封套材料的透湿率指标论证[J].包装工程，2004，25（1）：55-56.

[3] GB/T 16928-1997 包装材料试验方法 透湿率[S].

[4] GB/T 6981-2003 硬包装容器透湿度试验方法[S].

[5] GB/T 6982-2003 软包装容器透湿度试验方法[S].

[6] GJB 1444-92 弹药包装通用规范[S].

[7] GB/T 31355-2014 包装件和容器水蒸气透过性测试方法 红外传感器法[S].

[8] 杨万均，魏小琴，肖敏等.基于传感技术的密封包装容器透湿度测试方法研究[J].包装工程，2011，32（11）：45-47，75.