Список тематических статей

Газопроницаемость

Понятие и общие сведения

Газопроницаемостью называется способность материалов к диффузии через них воздушной смеси илипрочих газов при имеющемся перепаде давления. Газопроницаемость того или иного вещества или тела находится в зависимости от видавещества, его химической природы и физической структуры. Кроме того, она зависит и от природы газообразного вещества и температуры среды.

С газопроницаемостьюсвязан тот факт, что она в той или иной степени характерна для всех веществ.Количественной характеристикой, определяющей степень проницаемости для газа, является коэффициент газопроницаемости. Он определяется как количество газа, который прошел при нормальных условиях за единичный временной интервал и при единичной разницедавления, сквозь единицу площади вещества толщиной также в условную единицу.

Газопроницаемость тел, обладающих высокой пористостью, например изделий из керамики, находится в зависимости от размера, формы пор и от их положения в материале. В случае материалов с порами открытого типа более или менее постоянного размера величинаих газопроницаемостейравна среднему диаметру пор, взятому в квадрат и умноженному на коэффициент. Поры открытого типа (не замкнутые), пропускающие газ, называются проницаемыми порами. Как правило, для таких пороматериалов важна объемная газопроницаемость.

Для металлических деталей более важна характеристика водородопроницаемости. Она зависит в большей степени от вида кристаллической решетки металла, парциального давления газа и температуры процесса. Среди металлов наибольшую водородопроницаемость имеетпалладий исплавы палладия. Такое свойство этого металла привело к его применению в лабораториях и промышленности для производства водорода сверхвысокой чистоты. Заметим, что неорганическое стекло также проницаемо для водорода (и гелия), но только при помещении в условия глубокого вакуума. 

Газопроницаемость полимеров и эластомеров

Полимеры, эластомеры относятся к беспористым материалам, как и большинство пластических масс (исключение составляют лишь газонаполненные или вспененные пластмассы). Такие материалы без пор также в определенной степени обладают газопроницаемостью. Самой лучшей проницаемостью газов обладают эластомеры или подобные каучукам полимеры, особенно кремнийорганические каучуки. Самая слабая газопроницаемость у органических стекол, кристаллических и структурированных полимеров.

Значение коэффициента газопроницаемости у полимерных материаловрастет при увеличении гибкости макромолекул и снижения межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, наблюдается рост этого показателя при добавлении в полимер пластифицирующих агентов. Газопроницаемость полимеров сетчатого строения снижается при росте степени сшивки, то есть количества поперечных связей между отдельными молекулами полимера.

Сравнительные значения газопроницаемостей для некоторых полимеров и эластомеров в условных единицах:

1.       Кремнийорганический каучук - 390

2.       Природный каучук - 30

3.       Полистирол - 6,9

4.       Полиэтилен высокого давления - 5,9

5.       Полиамид 6 - 0,7

6.       Полиэтилентерефталат (ПЭТ) - 0,5.

Газопроницаемость является важной характеристикой как непосредственно пластмасс и эластомеров, так и продукции из них. Особенно критичен этот показатель для шин, уплотнительных изделий, изделий, работающих на надув, мембран, а также элементов гардероба, пластиковой упаковки и т.д. С газопроницаемостью связаны барьерные характеристики пленок, в том числе многослойных, способность пластиковых покрытий к защите от неблагоприятных условий, даже обмен веществ человека и других организмов. 

Методы определения газопроницаемости

Численная величина газопроницаемостей веществ определяется несколькими способами.

1. Манометрический метод. В ходе испытаний регистрируют давление на манометре, который соединен с вакуумным сосудом, в свою очередь в который подается газ, прошедший сквозь исследуемый материал.

2. Объемометрический метод. При нем замеряют объем газа, поступившего за измененное время после прохождения сквозь образец. При этом давление нагнетаемого газа поддерживается постоянным.

Рис.1. Определение объемометрическим методом.

3. Методыфиксирования скорости изменения концентрации газа с обоих сторон исследуемого материала. Для этого применяются методики на основе хроматографии, масс-спектрометрии, химико-технологический и прочие.

В российских стандартах способы измерения газопроницаемостей полимеров и эластомеров строго не описаны. Лишь для определения газопроницаемостей изделий из керамики рекомендуется применять метод объемометрии.