淺析氣相防銹塑料包裝薄膜的檢測(cè)

孟 琳

(中國(guó)包裝科研測(cè)試中心)

氣相防銹包裝材料，作為一種高科技防銹包裝產(chǎn)品源于第二次世界大戰(zhàn)后期的軍事應(yīng)用。由于其在防銹上具有迅速、簡(jiǎn)易、低成本的特點(diǎn)，尤其是符合環(huán)保要求，近年來(lái)受到更多重視。氣相防銹包裝材料是將VCI(Volatile Corrosion Inhibition)氣相緩蝕劑混合在塑料薄膜、紙等材料中制成的，通過(guò)含浸在其中的氣相緩蝕劑發(fā)揮防銹作用。氣相防銹塑料薄膜(簡(jiǎn)稱(chēng)VCIF);以聚烯烴類(lèi)樹(shù)脂為基料，加入揮發(fā)性氣相緩蝕劑(簡(jiǎn)稱(chēng)VCI)通過(guò)一定的工藝方法而制成的。該氣相緩蝕劑對(duì)金屬表面的有效吸附和塑料薄膜對(duì)環(huán)境大氣產(chǎn)生屏蔽作用的協(xié)同結(jié)果。將氣相緩蝕劑均勻、穩(wěn)定地混溶與塑料薄膜中，通過(guò)氣相緩蝕劑自身的特點(diǎn)——適宜的蒸氣壓而持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)出緩蝕氣體，這種緩蝕劑氣體或通過(guò)與金屬離子反應(yīng)形成鈍化膜絡(luò)合物，或改變金屬表面的酸堿環(huán)境及在金屬表面形成憎水膜等形式鈍化金屬表面，從而起到防止或延緩金屬銹蝕的發(fā)生。由于氣相緩蝕劑分子是持續(xù)地?fù)]發(fā)，能夠在密閉空間內(nèi)始終處于“飽和”狀態(tài)，因而可達(dá)到長(zhǎng)期、穩(wěn)定的防銹效果。又由于緩蝕劑分子是氣體狀態(tài)，無(wú)孔不入，不管金屬制品外形多么復(fù)雜，仍可獲得理想的防銹效果。氣相防銹產(chǎn)品主要應(yīng)用于軍事、汽車(chē)、船舶、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及零件、機(jī)械、電子等領(lǐng)域。

氣相防銹塑料薄膜按用途分為鋼用和多金屬用(包括鋼、黃銅和鋁)。按形狀分為卷狀、片狀、袋狀，按結(jié)構(gòu)分為單層、雙層、多層。

氣相防銹塑料薄膜的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T19532－2004《包裝材料 氣相防銹塑料薄膜》、JB/T6067－1992《氣相防銹塑料薄膜 技術(shù)條件》以及相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T19532－2004《包裝材料氣相防銹塑料薄膜》對(duì)VCIF的外觀、規(guī)格、防銹性能、物理性能進(jìn)行了規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)給出了氣相防銹塑料薄膜厚度的參考值 0.05mm～0.15mm，有特殊需要經(jīng)供需雙方商定。標(biāo)準(zhǔn)中防銹性能檢驗(yàn)項(xiàng)目包括氣相緩蝕能力(VIA)、消耗后的氣相緩蝕能力(VIA)、氣相防銹甄別試驗(yàn)、接觸腐蝕、與銅的相容性、交變濕熱試驗(yàn)、長(zhǎng)期防護(hù)性七項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)。下面簡(jiǎn)要介紹氣相防銹塑料薄膜常用的氣相緩蝕能力(VIA)、消耗后的氣相緩蝕能力(VIA)2種防銹性能的檢測(cè)方法。

(一)氣相緩蝕能力(VIA)的試驗(yàn)方法:

1 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)所需儀器、器皿及材料包括:電熱鼓風(fēng)恒溫箱(室溫～200℃)、1000ml的廣口瓶、13#和9#橡皮塞、外徑為16mm ×1.5mm ×110mm 鋁管、氧化鋁或金剛砂型，240#、400#、600#、及 800#砂紙、，直徑(200～300)mm玻璃干燥器、細(xì)孔型硅膠以及電鍍鑷子、回形針、訂書(shū)釘、電吹風(fēng)器、搪瓷杯、脫脂紗布等。

1.2 試片:材質(zhì)符合GB/T 699－1999要求的10#鋼的凹形試片4個(gè)，尺寸要求:直徑16mm、高13mm的圓柱形鋼片，在其一端面中央鉆有直徑10mm、深10mm、底部平坦的孔。另一端面先用磨床加工至粗糙度Ra 0.8μm。使用前，再用240#、400#、600#及800#砂紙依次打磨至粗糙度 Ra 0.4～0.6μm。打磨面不能有凹坑、劃傷、和銹蝕。然后用鑷子夾持試片進(jìn)行清洗，清洗的順序是:用紗布分別沾有溶劑油清洗兩遍、95%乙醇、無(wú)水乙醇各清洗一遍，用電吹風(fēng)熱風(fēng)吹干，置于干燥器內(nèi)冷卻、備用。但是試片在干燥器內(nèi)的貯存時(shí)間不能超過(guò)24h，否則應(yīng)重新打磨、清洗。防止試片表面生銹影響試驗(yàn)。注意清洗后的試片應(yīng)戴手套接觸，避免裸手接觸或被污染。

1.3 測(cè)試試樣:試樣一定要密封包裝，以防止氣相緩蝕劑揮發(fā)，影響防銹效果。從卷膜上取樣，應(yīng)該去掉最外面兩層，裁取2m2試樣，其中一半備用。從片狀或袋狀產(chǎn)品中取樣，應(yīng)從該包裝產(chǎn)品的頂部往下數(shù)第四張以下截取約2m2或相當(dāng)2m2(袋狀產(chǎn)品)，其中一半備用。一定要將備用樣品密封包裝。將取得的試樣，保持密封包裝狀態(tài)，置于試驗(yàn)操作的環(huán)境中，至少保持4h，再進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 氣相緩蝕能力(VIA)的試驗(yàn)裝置圖見(jiàn)上圖。

1.4.1 在13#橡膠塞端面適當(dāng)部位分別打直徑為15mm和8mm的通孔，在9#塞中心打一直徑為15mm的通孔。

1.4.2 把鋁管插入13#和9#膠塞，鋁管露出9#塞圖中e的大的端面不超出2mm。

1.4.3 將準(zhǔn)備好的試片放在干凈的濾紙上，將凹形面壓入9#塞內(nèi)，即圖中h塞小的端面內(nèi)，試驗(yàn)面一端露出部分不超過(guò)3mm。再把此塞套入鋁管(13#塞小端面一側(cè))，并使鋁管與凹形試片接觸。嵌入凹形試片的9#塞與13#大塞之間露出的鋁管外面，套入壁厚不小于2mm，長(zhǎng)度適宜的膠管。在13#塞的8mm孔中，插入直徑8mm的玻璃管，上端面的露出長(zhǎng)度約30mm，再套上長(zhǎng)30mm、內(nèi)徑7mm的乳膠管，并用彈簧夾夾結(jié)乳膠管口。

1.4.4 裁取試樣兩條(150mm × 50mm)，用圖釘釘在裝有試片的膠塞對(duì)稱(chēng)的兩側(cè)面，有藥面朝向試片。試樣的下端折轉(zhuǎn)并夾上回形針，使試樣保持垂直狀態(tài)，并避免浸入廣口瓶底的溶液內(nèi)。

1.4.5 空白試驗(yàn):試驗(yàn)體中僅裝有試片而無(wú)氣相防銹包裝材料。

2 試驗(yàn)過(guò)程

將試驗(yàn)體安裝在廣口瓶上，再將廣口瓶置于已預(yù)熱至40℃ ±1℃的電熱鼓風(fēng)恒溫箱中，經(jīng)3h后取出，冷卻10min后，松開(kāi)彈簧夾，通過(guò)乳膠管(可裝上小漏斗)，向廣口瓶?jī)?nèi)加入50mL甘油蒸餾水溶液(它在20℃ ±1℃環(huán)境中的密度應(yīng)是1.078g/mL±0.0004g/mL。)再夾緊膠管，將廣口瓶重新放置于烘箱內(nèi)。再經(jīng)2h后，取出，迅速向鋁管內(nèi)注滿(mǎn)19℃ ±1℃的水。再放回恒溫箱中，過(guò)3h后取出，倒掉鋁管中的水，立即觀察試片表面有無(wú)銹蝕。需要時(shí)，用沾有無(wú)水乙醇的脫脂棉輕輕地擦洗表面后再觀察。

每次試驗(yàn)做三組試驗(yàn)體和一組空白(對(duì)比用)試驗(yàn)。

3 氣相防銹塑料薄膜VCIF的氣相緩蝕能力(VIA)、加速后的VIA防銹性能要求

項(xiàng)目要求鋼用 多金屬用氣相緩蝕能力(VIA)鋼片的磨光表面無(wú)腐蝕、浸蝕。蝕點(diǎn)數(shù)≤5個(gè)。蝕點(diǎn)大小≤0.5mm2加速后的VIA 鋼片的磨光表面無(wú)腐蝕、浸蝕。蝕點(diǎn)數(shù)≤5個(gè)。蝕點(diǎn)大小≤0.5mm2

4 結(jié)果評(píng)定

4.1 如空白試驗(yàn)無(wú)銹蝕，試驗(yàn)應(yīng)該重做。

4.2 如空白試驗(yàn)已銹蝕，三個(gè)試片中若有一片或2片不符合第3條規(guī)定，試驗(yàn)應(yīng)重做。

4.3 三個(gè)試片均不 符合第3條規(guī)定或重新試驗(yàn)結(jié)果仍有一片不符合第3條規(guī)定，則判定該項(xiàng)目不合格。

氣相緩蝕能力(VIA)的試驗(yàn)照片

(二)加速消化后的VIA試驗(yàn)

1 試樣加速消耗試驗(yàn)

裁取兩片200mm×400mm的試樣，用熱封機(jī)將四邊封合，(注意將氣相防銹塑料薄膜的揮發(fā)面向內(nèi))，夾持長(zhǎng)邊一側(cè)(一般用兩個(gè)曲別針勾住長(zhǎng)邊的上邊緣)吊掛在60℃ ±2℃的烘箱中保持一定時(shí)間，取出后冷卻至VIA試驗(yàn)環(huán)境溫度。

2 試樣加速消耗的時(shí)間

加速消耗時(shí)間分為24h、48h、72h、120h、288h。各生產(chǎn)單位可根據(jù)客戶(hù)要求自行選擇加速消耗時(shí)間。

3 加速消化后的VIA試驗(yàn)

試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果判定見(jiàn)(一)氣相緩蝕能力(VIA)的試驗(yàn)方法及判定。

加速消化后的VIA試驗(yàn)照片

(三)幾種氣相緩蝕能力試驗(yàn)方法的差異

主要介紹產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB/T19532－2004《包裝材料氣相防銹塑料薄膜》JB/T6067－1992《氣相防銹塑料薄膜 技術(shù)條件》以及方法標(biāo)準(zhǔn) GB/T16267－2008《包裝材料試驗(yàn)方法 氣相緩蝕能力》有關(guān)氣相緩蝕能力試驗(yàn)方法的差異。

幾種氣相緩蝕能力試驗(yàn)方法的差異

(四)影響因素分析及注意事項(xiàng)

筆者做了大量防銹試驗(yàn)后，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)供大家參考(以GB/T19532－2004標(biāo)準(zhǔn)為例)。

1、放入9#和13#塞之間的鋁管接觸試片的端面應(yīng)打磨平整，防止由于鋁管和試片接觸不嚴(yán)，注水后有滲漏的情況，從而影響試驗(yàn)效果。

2、將凹形試片放入9#和13#塞之間的鋁管上之后，凹形試片需再用無(wú)水乙醇清洗干凈，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，防止試片有汗跡，影響試驗(yàn)效果。

3、甘油蒸餾水溶液的配制一定要精確，它是給試片提供一個(gè)濕度環(huán)境中的 ，否則影響試驗(yàn)結(jié)果。(在20℃ ±1℃環(huán)境中的甘油水溶液密度應(yīng)是1.078g/mL±0.0004g/mL)即用 70mL 蒸餾水與30mL無(wú)水甘油可配成此密度的甘油蒸餾水溶液。

4、注入甘油蒸餾水溶液時(shí)筆者用50ml注射器直接向乳膠管中注入，但要注意，試驗(yàn)裝置從40℃的電熱鼓風(fēng)恒溫箱中取出后，由于溫度變化，廣口瓶中的壓力與外界不同，在注入甘油蒸餾水溶液前，一定要將13#大膠塞輕輕搖動(dòng)，但不可打開(kāi)膠塞。使廣口瓶中的壓力與外界相同，否則注入的甘油蒸餾水溶液就會(huì)噴出，影響試驗(yàn)結(jié)果。

5、向鋁管內(nèi)注19℃ ±1℃的水，標(biāo)準(zhǔn)未注明對(duì)水的要求，筆者曾做過(guò)加入不同水的對(duì)比試驗(yàn)，所注入的水一種為去離子水，一種為自來(lái)水，其試驗(yàn)結(jié)果區(qū)別不大。表明試驗(yàn)中注入的水對(duì)防銹效果影響不大。

6、被測(cè)樣品一定要按標(biāo)準(zhǔn)要求尺寸進(jìn)行制樣，兩條150mm×50mm試樣，對(duì)稱(chēng)用訂書(shū)釘或圖釘釘在13#橡膠塞上，有藥面朝向試片，且將試樣短邊釘在膠塞上。筆者曾做過(guò)相同材質(zhì)、相同面積的試樣而不同方式放置的對(duì)比試驗(yàn)，一是按標(biāo)準(zhǔn)將兩條150mm×50mm試樣的短邊對(duì)稱(chēng)釘在膠塞上，另一種是將試樣改為150mm×100mm一條試樣，還是將100mm一邊釘在膠塞上，就是將防銹膜作為筒狀將凹形試片圍在其中。其試驗(yàn)結(jié)果大不相同。第一種試驗(yàn)凹形試片的磨光表面有腐蝕、浸蝕，且蝕點(diǎn)數(shù)＞5個(gè)，蝕點(diǎn)大?。?.5mm2;第二種試驗(yàn)凹形試片的磨光表面無(wú)腐蝕、浸蝕。試樣放置位置影響防銹效果。