气体渗透仪(飞艇气囊材料对氦气保存能力的测试方法)

Posted 2023-05-30

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气体渗透仪(飞艇气囊材料对氦气保存能力的测试方法)

摘要：氦气是常用的飞艇浮升气体，飞艇气囊所用材料对氦气的保存能力是影响飞艇使用的重要因素。本文通过对飞艇气囊样品氦气透过量的测试及对试验原理、试验设备参数、适用范围、试验过程等的描述，介绍了一种验证飞艇气囊对氦气保存能力的有效测试方法。

关键词：氦气、氦气透过量、飞艇气囊、氦气阻隔性、压差法气体渗透仪

1、意义

飞艇是一种浮空器，主要靠气囊中的轻于空气的气体实现浮升，如氢气、氦气，由于氢气具有一定的危险性，因此，现代的飞艇通常采用安全性更高的氦气作为浮升气体。根据浮力原理，气囊中所充填氦气量是决定可产生浮力大小的重要因素，直接影响飞艇可飞升的高度。在飞艇的使用过程中，气囊中的氦气量则与气囊外部材料对氦气的保存能力息息相关，若气囊材料对氦气的保存能力较差，使用过程中易散失，将降低飞艇的飞行高度与飞行时间。

氦气在材料中的渗透性能是衡量气囊对氦气保存能力的重要指标，因此，本文针对性的测试了飞艇气囊的氦气透过量。

2、试验样品

本文以飞艇气囊层压复合材料为试验样品。

3、试验依据

本次试验采用压差法原理测试样品的氦气透过量，所依据的标准为GB/T 1038-2000 《塑料薄膜与薄片气体透过性试验方法压差法》。

4、试验设备

本文利用VAC-VBS压差法气体渗透仪进行试验，该设备由济南兰光机电技术有限公司自主研发生产。

图1 VAC-VBS压差法气体渗透仪

4.1 试验原理

压差法原理是指试样两侧存在一定压力差，通过测试低压侧压力的变化情况得到试样气体渗透性能相关参数的试验方法，因此本原理方法可以用于测试氧气、氮气、二氧化碳、六氟化硫、氦气等多种气体的渗透性能。

该方法是通过试样将设备的测试腔分为高压腔、低压腔，高压腔内充入一定压力的试验气体，低压腔内通过抽真空形成一定的低压环境，试验气体在压力差的作用下，由高压腔通过试样渗透到低压侧，通过测试达到稳定渗透时低压腔内压力随时间的变化情况，计算试样的气体透过量及相关参数。

4.2 设备参数

测试范围为0.1 ~ 100,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa)；可同时完成3个试样的测试，试验结果为3个试样测试结果的平均值；试样的温度范围为15 ~ 55℃，控温精度为±0.1℃；提供标准膜进行快速校准，保证检测数据的准确性和通用性；支持LystemTM实验室数据共享系统，统一管理试验结果和检测报告。

4.3 适用范围

(1) 本设备适用于多种薄膜、片材的气体渗透性能测试。薄膜类包括各种塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料；片材类包括各种工程塑料、橡胶、建材等片状材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

(2) 本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各种橡胶片材等材料的透气性测试。

(3) 本设备适用于多种气体的透过率测试，如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。

(4) 本设备满足多项国家和国际标准，如ISO15105-1、ISO2556、GB/T1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003。

5、试验过程

(1) 从飞艇气囊样品上裁取3片直径为97mm的试样。

(2) 在每个测试腔的周边涂抹一层真空油脂，并在测试区域分别放置一片滤纸，将试样附着在测试腔上，轻轻按压，去除试样与测试腔之间的气泡，再分别用夹紧装置将试样夹紧。

(3) 设备接通氦气后在控制软件上设置试样名称、厚度、试验模式、试验温度、湿度、抽真空时间等参数，点击“开始试验”选项，打开真空泵，进行试验。设备按照设定的参数进行自动试验，试验结束后，显示测试结果。

6、试验结果

本次试验所测试飞艇气囊样品的氦气透过量为28.91 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。

7、结论

飞艇气囊应具有较高的气体阻隔性能，以防止内部气体的散失及外部气体向气囊中的渗透，从而保持内部浮升气体量与气体纯度。本文通过氦气透过量的测试评估所测试飞艇气囊材料对内部氦气的保存能力，试验过程简单，人为因素干扰少，设备智能化程度高，试验结果精准可靠。