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第三章 塑料包装的性能 主要内容 第一节 阻隔性能 第二节 力学性能 第三节 卫生性 第四节 化学稳定性 第五节 其它性能 第一节、聚合物的阻隔性能 聚合物的阻隔性能也称渗透性，其实是气体分子在聚合物中的扩散行为。 第一节、聚合物的阻隔性能 1 概念： 渗透率：一定条件下，单位时间、单位面积透过小分子的体积或质量。 渗透系数：一定条件下，单位压力、单位时间内，单位面积内透过一定厚度薄膜的小分子的体积或质量。 渗透率的测量 目前透氧透湿仪主要有兰光和MOCON 透氧 库伦电量传感器法 透湿 杯式法（称重） 红外传感器法 渗透系数的计算 其中： q为被测气体的透过量(cm3)； l为聚合物薄膜厚度(mm或μm)； A为聚合物薄膜的有效面积(m2)； t为测量时间(d)； p1、p2分别为被测气体在膜两边的分压(kPa)。 从理论上说，渗透系数K与被测样品的厚度无关，但实际测量发现K与厚度有关。 某些聚合物对不同气体的渗透系数 2、 渗透原理 利用Fick定律推到扩散系数公式： 假设:①扩散是在稳态下进行的；②气体在聚合物中的浓度与距离的关系是线性的；③扩散只在一个方向进行，没有横向或交叉的扩散。则该小分子物质扩散遵循菲克定律： （1） 式中:J为气体扩散速率，D为扩散系数，是沿渗透方向的气体浓度梯度。 假定扩散系数D与浓度C无关，积分（1）式得到: J=-D(C2-C1)/ l （2） 其中C1、C2，是在表面1、2上扩散物质的浓度。 假定气体或蒸汽在膜中的溶解服从亨利定律 C=Sp （3） 式中:C为气体在膜中的浓度，p为该气体的分压，S为溶解度系数。 （3）代入（2）得 J=-DS(p2-p1)/ l （4） 由气体透过聚合物薄膜的速率(气体通量)取决于薄膜横截面上的分压力的梯度 J=K(p1-p2)/l （5） 所以 J=K(p1-p2)/l =-DS(p2-p1)/ l =q/At 所以渗透系数 K＝DS＝Jl/ΔP =ql/AtΔP 影响材料渗透性的因素 内因——聚合物的分子结构： 分子的极性 （微观） 分子的结晶性（宏观） 分子的取向性（宏观） 外因——环境 温度 湿度 一、描述力学性质的基本物理量 应变 应力 应力的类型：各向同性的材料，拉伸应力、剪切应力、压应力。 应变的类型：各向同性的材料，拉伸应变、剪切应变、均匀压缩应变。 一、描述力学性质的基本物理量 弹性模量 对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律，也就是说应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量: 弹性模量=应力/应变 可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力。 弹性模量表征材料抵抗变形能力的大小，模量越大，变形越不容易，即刚度越大。 上述三种类型的弹性模量分别称为杨氏模量、剪切模量和体积模量。 二、聚合物的理论强度 从分子结构的角度来看，聚合物之所以具有抵抗外力破坏的能力，主要是靠分子内化学键的主价力和分子间的范德华力和氢键。 第一、聚合物的断裂必须破坏所有的链 破坏一根一个共价键所需要的力f为: 根据聚乙烯晶胞数据推算，每根高分子链的截面积约为0.2nm2，每平方米的截面上将有5×1018根高分子链，因此理想的拉伸强度为: σ=3.9×10-9×5×I018=2×1010N/m2 实际上，即使高度取向的结晶聚合物，它的拉伸强度也要比这个理想值小几十倍。说明没有一个试样的结构能使它在受力时，所有的链在同一截面上同时被拉断。 第二，分子间滑脱的断裂必须使分子间的氢键或范德华力全部破坏。 分子间有氢键的聚合物，如聚乙烯醇、纤维素等，它们每0.5nm链段的摩尔内聚能如果以20kJ/mol计算，并假定高分子链总长为100nm，则总的摩尔内聚能约为4000kJ/mol，比共价键的键能大10倍以上。 如果分子间没有氢键，只有范德华力，如聚乙烯、聚丁二烯等，每0.5nm链段的内聚能以5kJ/mol计算，并假定高分子链长为100nm，总的摩尔内聚能为1000kJ/mol，也比共价键的键能大好几倍，所以断裂完全是由分子间滑脱是不可能的。 第三，分子是垂直于受力方向排列的，断裂时是部分氢键或范德华力的破坏 氢键的解离能以20kJ/mol计算，作用范围约为0.3nm，范德华键的解离能以8kJ/mol计算，作用范围为0.4nm，则拉断一个氢键和范德华键所需要的力分别约为1×10-10N和3×10-11N。 若假定每0.25nm2上有一个氢