包装材料阻隔性能cnas检测的试验条件设定

包装材料的阻隔性能（如氧气、水蒸气、气体阻隔性）是决定食品、药品、电子元件等产品保质期与品质的核心指标之一。CNAS（中国合格评定国家认可委员会）作为国内实验室检测的权威认可机构，其对阻隔性能检测的试验条件设定有着严格要求——这不仅关系到检测结果的准确性、可比性，更直接影响企业对包装材料的选型与质量管控。本文将围绕cnas检测中，包装材料阻隔性能试验条件的核心要素展开，详细解析温度、湿度、试样预处理等关键参数的设定逻辑与标准依据。

温度设定的标准依据与实际考量

温度是影响包装材料阻隔性能的核心环境因素之一。从材料学角度看，温度升高会加快材料内部分子的热运动速度，降低材料的结晶度（部分聚合物如PET会因温度升高出现无定形区扩大），从而导致阻隔性下降——例如，某PET薄膜在23℃时的氧气透过率为15cm³/(m²·24h·0.1MPa)，在38℃时可能升至30cm³/(m²·24h·0.1MPa)。因此，CNAS检测中温度的设定需严格遵循相关标准。

目前，国内常用的阻隔性能测试标准对温度有明确规定：如GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法 压差法》要求测试温度为23℃±2℃；GB/T 21529-2008《塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定 电解传感器法》则规定温度为25℃±1℃或38℃±1℃（根据产品实际使用环境选择）。对于食品包装，若产品需在常温（25℃）下储存，检测温度通常设定为25℃；若用于高温杀菌后的食品（如罐头），则可能需模拟杀菌后的温度（如40℃）进行测试。

需注意的是，温度设定还需考虑“温度平衡时间”——试样需在测试环境中放置足够时间（通常30分钟以上），确保试样内部温度与环境温度一致。若试样未充分平衡，可能导致测试初期结果波动：比如刚从冷藏环境取出的PE薄膜，直接放入25℃恒温箱测试，前10分钟的氧气透过率会因薄膜温度未达标而偏低。

此外，对于需要模拟极端环境的测试（如冷冻食品包装的-18℃阻隔性），需确认设备的低温控制能力——如采用带低温腔的阻隔性测试仪，并在测试前验证腔体内温度的均匀性（偏差需≤±1℃），避免因局部温度差异导致结果偏差。

湿度控制的关键逻辑与标准要求

湿度是水蒸气阻隔性测试的核心参数，同时也会影响部分亲水性材料（如PVA、EVOH）的氧气阻隔性——当材料吸收水分后，分子链间的氢键被破坏，无定形区扩大，导致氧气透过率上升。因此，CNAS检测中湿度的设定需与产品的实际使用环境一致，且需保证测试过程中湿度的稳定性。

不同标准对湿度的要求差异较大：例如，GB/T 21529-2008规定，水蒸气透过率测试的湿度条件为“湿侧90%RH±2%RH，干侧0%RH”（电解传感器法）；而GB/T 1038-2000针对气体阻隔性测试的湿度要求为“50%RH±2%RH”（若未特别说明）。对于药品包装（如胶囊铝塑泡罩），由于需模拟“加速试验”环境（40℃/75%RH），湿度需严格控制在75%RH±2%RH；对于食品包装（如饼干袋），则常采用50%RH±2%RH模拟常温储存环境。

湿度的控制通常采用两种方式：一是饱和盐溶液法（如氯化钠饱和溶液在25℃时可维持75%RH，硝酸钾对应90%RH），这种方法成本低但需定期更换盐溶液（避免因溶液蒸发导致浓度变化）；二是恒温恒湿箱法，通过湿度传感器与喷雾/除湿系统联动控制——但需注意，湿度传感器需定期校准（CNAS要求每3个月校准一次），校准用标准物质需追溯至国家计量院的湿度标准。

湿度波动对测试结果的影响不可忽视：例如，某EVOH薄膜在50%RH时的氧气透过率为5cm³/(m²·24h·0.1MPa)，若测试过程中湿度升至55%RH，其氧气透过率可能升至8cm³/(m²·24h·0.1MPa)——这一偏差远超CNAS要求的“结果重复性≤10%”标准。因此，测试前需提前开启恒湿系统（通常提前2小时），确保测试腔体内湿度稳定后再放入试样。

对于亲水性极强的材料（如PVA薄膜），需特别注意“预吸湿”处理：比如在测试前将试样置于测试湿度环境中放置24小时，使材料达到吸湿平衡——若未进行预吸湿，试样在测试过程中会持续吸收水分，导致水蒸气透过率结果逐渐上升，无法得到稳定的测试值。

试样预处理的必要性与操作规范

试样预处理是CNAS检测中常被忽视但至关重要的环节——其目的是消除试样在生产、储存过程中引入的“干扰因素”，如残留溶剂（印刷或复合工艺带来的乙酸乙酯、甲苯）、多余水分（吸湿性材料储存中的吸湿）、内应力（薄膜拉伸工艺导致的分子取向），确保测试结果反映材料的“本征阻隔性能”。

国内最常用的预处理标准是GB/T 2918-1998《塑料试样状态调节和试验的标准环境》，其中规定：塑料薄膜试样需在23℃±2℃、50%RH±5%RH的环境中放置至少48小时；若试样厚度超过1mm，放置时间需延长至72小时。对于进口材料（如美国ASTM标准），则遵循ASTM D618《Standard Practice for Conditioning Plastics for Testing》，要求在23℃/50%RH放置24小时——但需注意，CNAS要求预处理条件需与测试条件一致，若测试条件为38℃/90%RH，则预处理也需在该环境中进行。

不同材料的预处理要求存在差异：例如，铝箔复合膜（如PET/AL/PE）因铝箔的阻湿性极强，无需进行预吸湿处理；而EVOH复合膜（如PET/EVOH/PE）则需在测试湿度环境中预处理24小时，否则EVOH层的吸湿不平衡会导致氧气透过率结果偏差。对于印刷后的薄膜（如食品包装的彩印膜），需增加“脱溶剂”处理：比如将试样置于通风柜中放置24小时（或在50℃烘箱中放置2小时），去除印刷油墨中的残留溶剂——若未脱溶剂，残留的乙酸乙酯会溶解薄膜表面的涂层，导致氧气透过率升高10%~30%。

预处理后的试样状态也需严格控制：试样需保持平整、无褶皱、无拉伸（避免因拉伸导致材料分子取向变化，影响阻隔性）；对于复合膜试样，需检查是否有分层、气泡（若有则需重新取样）。此外，试样的尺寸需符合测试设备的要求（如圆形试样直径为90mm，或根据设备夹具调整），避免因试样尺寸过小导致密封不良（密封不良会使测试气体泄漏，导致结果偏高）。

未进行预处理的后果需引起重视：例如，某企业送测的BOPP薄膜，因未在标准环境中放置，直接从仓库（湿度30%RH）取出测试，其氧气透过率结果为200cm³/(m²·24h·0.1MPa)；而经过48小时预处理后，结果降至180cm³/(m²·24h·0.1MPa)——这一偏差会导致企业误判材料的阻隔性能，选择不符合要求的包装材料。

测试气体的选择与纯度控制

测试气体的选择需与“目标阻隔性能”一致：氧气阻隔性测试需用高纯度氧气，水蒸气阻隔性测试需用蒸馏水（或氮气作为载气），二氧化碳阻隔性测试需用高纯度二氧化碳——选择错误的气体不仅会导致测试结果无效，还可能损坏测试设备（如用含有水分的氧气测试，会腐蚀电化学氧气传感器）。

气体纯度是CNAS检测的核心要求之一：例如，GB/T 1038-2000规定，氧气阻隔性测试的氧气纯度需≥99.99%；GB/T 19789-2005《包装材料 塑料薄膜和薄片 二氧化碳透过率的测定 电量法》要求二氧化碳纯度≥99.95%。若气体纯度不达标，杂质会干扰传感器的检测：比如氧气中的水分（≥0.1%）会导致电化学传感器的电极中毒，使氧气透过率结果偏低；二氧化碳中的氢气（≥0.05%）会吸收红外传感器的检测信号，导致二氧化碳透过率结果偏高。

气体的预处理也需注意：例如，氧气需通过“气体干燥器”（如填充分子筛的干燥管）去除水分，二氧化碳需通过“除烃过滤器”去除有机杂质。测试前需检查气体过滤器的状态——若干燥管中的分子筛变色（如蓝色变粉色），需及时更换；若除烃过滤器的压力降超过0.1MPa，需更换滤芯。

对于水蒸气阻隔性测试，“载气”的选择也很重要：常用的载气是氮气（纯度≥99.99%），其作用是将试样透过来的水蒸气带到传感器中。若载气纯度不够（如含有氧气），会氧化电解传感器的电极，导致传感器寿命缩短；若载气流量不稳定（如流量从100mL/min波动至150mL/min），会导致水蒸气透过率结果波动（流量越大，结果越高）——因此，需使用“质量流量控制器”控制载气流量，精度需≤±2%。

CNAS要求，测试用气体需具有“可追溯性”：即标准气体需从有资质的供应商采购（如国家计量院或其授权的供应商），并附有“计量校准证书”，证书需注明气体的成分、纯度、不确定度等信息。测试前需记录气体的批号与有效期——若气体超过有效期（通常为1年），需重新更换，避免因气体纯度下降导致测试结果偏差。

压力参数的设定与设备要求

阻隔性能测试常用的方法有“压差法”（适用于中高阻隔性材料，如塑料薄膜）与“等压法”（适用于高阻隔性材料，如铝箔复合膜），两种方法的压力参数设定差异较大。

压差法的核心参数是“测试压力差”：即测试腔（通入测试气体）与参考腔（抽真空）之间的压力差。GB/T 1038-2000规定，测试压力差为10kPa±1kPa——压力差过小（如5kPa）会导致渗透速度过慢，测试时间延长（可能超过24小时）；压力差过大（如15kPa）会导致材料变形（如薄BOPP薄膜会被压向参考腔），甚至破坏试样的结构（如复合膜分层）。对于刚性容器（如塑料瓶），压力差可适当增大（如15kPa±1kPa），因为容器的刚性足以承受更大的压力差。

等压法的核心是“压力平衡”：即测试腔与参考腔的压力保持一致（通常为大气压），通过传感器检测测试气体的浓度变化。这种方法对压力波动更敏感——若测试过程中环境压力变化（如实验室通风系统开启导致压力下降），会导致测试腔与参考腔之间出现微小压差，使测试气体泄漏，导致结果偏高。因此，等压法测试需在“恒压室”中进行，或使用“压力补偿系统”实时调整测试腔压力，确保压力波动≤±0.1kPa。

压力参数的控制需依赖高精度的压力传感器：例如，压差法需使用“差压传感器”（精度≤±0.1kPa），等压法需使用“绝对压力传感器”（精度≤±0.05kPa）。CNAS要求，压力传感器需定期校准（每6个月一次），校准用标准设备需追溯至国家压力基准（如活塞式压力计）。

密封的可靠性是压力参数准确的前提：试样与夹具之间需密封良好，避免测试气体泄漏。例如，压差法测试中，若试样边缘未密封（如夹具的橡胶密封圈老化），会导致测试气体直接从边缘泄漏，使氧气透过率结果远高于实际值（如实际值为20cm³/(m²·24h·0.1MPa)，泄漏后结果可能升至100cm³/(m²·24h·0.1MPa)）。因此，测试前需检查密封圈的状态（如是否有裂纹、变形），并通过“泄漏测试”验证密封效果——比如将测试腔抽真空至1kPa，若10分钟内压力上升不超过0.1kPa，则密封良好。

对于柔性薄膜试样，需注意“试样拉伸”的问题：比如在安装试样时，若过度拉伸试样（如将薄膜拉得太紧），会导致材料的分子取向变化，使阻隔性下降——因此，安装试样时需保持薄膜平整、无拉伸，夹具的压力需适中（如用扭矩扳手控制夹具的拧紧力矩为10N·m）。

循环周期设置的模拟性与标准参考

在实际应用中，包装材料常经历“环境循环变化”（如食品包装的高温杀菌、冷冻食品的冷冻-解冻、药品包装的湿度循环），这些变化会改变材料的阻隔性能。因此，CNAS检测中，有时需设定“循环周期”模拟实际使用环境，评估材料在循环后的阻隔性能稳定性。

循环周期的设定需基于产品的实际使用场景：例如，食品包装中的“高温杀菌循环”（适用于罐头、杀菌袋），通常设定为121℃/30分钟（杀菌温度与时间），然后快速冷却至25℃（模拟杀菌后的冷却过程）；电子元件包装中的“湿度循环”（适用于防潮包装），通常设定为85℃/85%RH保持12小时，然后25℃/50%RH保持12小时，循环5次（模拟运输过程中的高湿环境）；冷冻食品包装的“冷冻-解冻循环”，通常设定为-18℃保持24小时，然后25℃保持2小时，循环3次（模拟消费者的储存与使用过程）。

循环周期的参数需明确：包括温度/湿度变化的速率（如从25℃升至121℃的速率为5℃/min）、保持时间（如121℃保持30分钟）、循环次数（如3次）。这些参数需在检测报告中详细注明——CNAS要求，检测报告需包含“试验条件的全部信息”，以便其他实验室复现结果。

循环后的试样状态需检查：例如，高温杀菌后的复合膜（如PET/AL/PE）需检查是否有分层（铝箔与PET层分离）、起泡（复合胶因高温失效）；冷冻-解冻后的PE薄膜需检查是否有裂纹（分子链因低温脆化断裂）。若试样出现损坏，需重新取样测试——因为损坏的试样无法反映材料的真实阻隔性能。

循环周期对阻隔性能的影响需重视：例如，某PET薄膜在常温下的氧气透过率为15cm³/(m²·24h·0.1MPa)，经过121℃/30分钟杀菌循环后，因薄膜结晶度提高（分子排列更紧密），氧气透过率降至13cm³/(m²·24h·0.1MPa)；而某PE薄膜经过3次冷冻-解冻循环后，因分子链断裂（低温下的应力集中），氧气透过率从500cm³/(m²·24h·0.1MPa)升至600cm³/(m²·24h·0.1MPa)。这些变化直接影响产品的保质期——若企业未考虑循环后的阻隔性能，可能导致产品提前变质。

设备校准的CNAS要求与实施细节

CNAS对阻隔性能检测设备的校准有着严格要求——设备的准确性是检测结果可靠的基础。根据CNAS-CL01《检测和校准实验室能力认可准则》，设备需“定期校准或核查”，校准周期需根据设备的使用频率、稳定性而定（通常传感器每6个月校准一次，温度/湿度系统每12个月校准一次）。

校准的项目需覆盖设备的关键参数：例如，阻隔性测试仪的校准项目包括：（1）温度系统：测试腔体内的温度均匀性（偏差≤±0.5℃）、温度控制精度（偏差≤±0.1℃）；（2）湿度系统：湿度传感器的线性（在0%~100%RH范围内，误差≤±2%RH）、湿度控制精度（偏差≤±1%RH）；（3）压力系统：差压传感器的重复性（偏差≤±0.1kPa）、压力控制精度（偏差≤±