Выбор тестера WVTR для упаковки пищевых продуктов требует большего, чем простое сравнение технических характеристик. Инфракрасный и гравиметрический методы различаются принципами измерения, чувствительностью, условиями испытаний и требованиями к эксплуатации — всё это может влиять на оценку инженерами барьерных свойств материала по отношению к влаге. Выбор зависит от испытываемых материалов, решений, которые должны помочь принять результаты, и реальной организации работы лаборатории.

Задачи лаборатории, проверяющей поступающую полиэтиленовую плёнку для пакета с сухими продуктами, отличаются от задач лаборатории, которая квалифицирует высокобарьерный ламинат для продукта с длительным сроком хранения. В обоих случаях скорость передачи водяного пара может указываться в г/м²/сут, но общая единица измерения не означает, что любые условия испытаний или результаты взаимозаменяемы.

Что измеряет каждый метод

При инфракрасном методе образец плёнки разделяет влажную и более сухую стороны. Водяной пар, проходящий через плёнку, поступает к инфракрасному детектору, который измеряет его по поглощению инфракрасного излучения. Прибор использует зарегистрированный сигнал и результаты калибровки для расчёта скорости передачи. ASTM F1249 описывает процедуру с применением модулируемого инфракрасного датчика; перед указанием системы следует проверить актуальную редакцию стандарта и конфигурацию прибора.

При гравиметрическом, или чашечном, методе образец герметично закрывает испытательную чашку с осушителем или водой. Собранную чашку помещают в контролируемую среду, а изменение её массы измеряют с течением времени. Для расчёта WVTR используют скорость изменения массы с учётом открытой площади образца. ASTM E96/E96M регламентирует гравиметрические методы определения паропроницаемости материалов, включая процедуры с осушителем и водой.

Практическое различие заключается не просто в том, что один метод «электронный», а другой «ручной». Инфракрасные системы обычно зависят от контролируемого газового тракта, отклика детектора, калибровки и условий потока. Гравиметрические испытания в значительной мере зависят от подготовки чашек, герметизации, контроля окружающей среды и взвешивания. Для обоих методов необходима стабильная разница парциального давления водяного пара по разные стороны образца, и оба могут давать вводящие в заблуждение результаты при недостаточном контроле условий испытания.

Начинайте с уровня барьерных свойств, а не с рекламного буклета прибора

Для относительно паропроницаемой плёнки правильно подготовленное гравиметрическое испытание может обеспечить измеримое изменение массы за приемлемое время. Для высокобарьерной структуры изменение массы может быть очень небольшим. Поэтому относительное значение приобретают характеристики весов, стабильность условий окружающей среды, обращение с образцом и утечки через уплотнение. Продление испытания может помочь, но само по себе не устраняет систематические ошибки.

Инфракрасный прибор может обеспечить необходимую чувствительность и автоматический мониторинг для низких значений скорости передачи, однако одно лишь слово «инфракрасный» не гарантирует достаточных характеристик. Запросите подтверждённый диапазон измерений при предполагаемых условиях испытания, а не только минимальное значение в каталоге. Предел обнаружения, возможность количественного определения, повторяемость и диапазон, в котором поставщик гарантирует надёжность измерений, — связанные, но разные характеристики.

Ожидаемый результат должен находиться в пределах рабочего диапазона прибора с достаточным запасом. Если лаборатории нужно различать две структуры ламината, значения WVTR которых близки к нижнему пределу системы, недостаточно того, что прибор просто способен отображать эти значения. Запросите подтверждение повторяемости измерений на репрезентативных материалах с низкой паропроницаемостью, а также сведения о длительности и условиях испытания.

Необходимо проверять диапазон и для материалов с высокой паропроницаемостью. Система, предназначенная главным образом для высокобарьерных материалов, может оказаться непрактичным выбором, если типовые испытания включают материалы за пределами её поддерживаемого диапазона или требуют частой перенастройки.

Условия испытания могут изменить предпочтительный выбор

WVTR — это не характеристика, которую можно переносить из одного технического листа в другой без учёта контекста. Температура и относительная влажность влияют на движущую силу переноса водяного пара, а реакция некоторых полимеров на влагу меняется при изменении условий. Не следует автоматически предполагать, что ламинат, показавший приемлемый результат при одном наборе условий, будет вести себя пропорционально при другом.

При сравнении данных инфракрасного и гравиметрического методов согласуйте, насколько позволяют методы, температуру, влажность с обеих сторон, открытую площадь образца, его кондиционирование и правила представления результатов. Также уточните, какой стороной асимметричный ламинат обращён к влажной стороне. Ориентация может иметь значение для материалов с покрытиями, бумажными слоями и влагочувствительными полимерами.

Частая причина расхождений — сравнение результата испытания методом мокрой чашки с результатом инфракрасного испытания, проведённого при другом градиенте влажности. Это не обязательно означает, что какой-либо результат неверен: возможно, они просто описывают разные эксперименты. Уточняйте фактическую влажность у поверхности образца, а не полагайтесь на такие краткие описания, как «высокая влажность».

Для одобрения поставщика чаще всего полезно согласовать единый письменный протокол испытания: подготовку и кондиционирование образцов, температуру, влажность, ориентацию, число повторов, критерий завершения и порядок обработки выбросов. Если заказчик требует конкретный стандарт или метод, это требование может быть важнее удобства использования прибора.

На что уходит время в лаборатории

Инфракрасные системы могут сократить число повторных ручных взвешиваний и обеспечивать непрерывное или автоматизированное прибором наблюдение за процессом проницаемости. Это удобно, если лаборатория регулярно проводит сравнительные испытания и нуждается в прослеживаемых электронных записях. Однако это не означает, что любое испытание проходит быстро: кондиционирование образцов и время, необходимое для достижения стабильной скорости передачи, по-прежнему могут определять продолжительность работы, особенно для барьерных ламинатов.

Гравиметрическое оборудование может быть практичным решением, если при соответствующей скорости передачи возникает надёжно измеримое изменение массы, а лаборатория уже располагает подходящими средствами контроля среды и взвешивания. Несколько чашек можно испытывать параллельно, но каждую из них необходимо подготовить, идентифицировать, взвешивать по графику и проверять. При расчёте пропускной способности следует учитывать эти операции, а не только число чашек, помещающихся в камеру.

При любом методе уточните, что происходит между испытаниями образцов. Герметизация, очистка, продувка, кондиционирование и проверка на утечки могут определять фактическую производительность. Спецификация, в которой указано число испытательных станций, но не учтено время переналадки, — ненадёжная основа для решения о покупке.

Испытание плёнки — это не проверка готовой упаковки на утечки

При испытании плоской плёнки по WVTR измеряют перенос водяного пара через открытый образец в заданных условиях. Такое испытание не охватывает напрямую все возможные пути проникновения влаги в готовую упаковку. Термошвы, складки, застёжки, проколы и повреждения при обращении могут влиять на характеристики упаковки иначе, чем проницаемость неповреждённой плёнки.

Предположим, что пакет для снеков соответствует спецификации на плёнку, но продукт теряет хрусткость раньше ожидаемого. Повторное испытание той же плоской плёнки может подтвердить её барьерные свойства, однако расследование также может потребовать проверки целостности швов и готовой упаковки. И наоборот, испытание на утечки не заменяет испытание на проницаемость, если требуется определить, обеспечивает ли структура плёнки достаточную влагостойкость.

Некоторые приборы или оснастка подходят для определённых форматов упаковки, но их пригодность необходимо подтвердить для фактической формы, размера и предполагаемого метода испытания. Не следует считать, что система для плоской плёнки сможет испытывать формованную тару, саше или укупорочные элементы без соответствующих принадлежностей и документированной процедуры.

Вопросы, позволяющие отличить подходящую систему от рискованной покупки

Прежде чем запрашивать коммерческие предложения, подготовьте небольшой набор репрезентативных образцов: материалы с самыми низкими и самыми высокими барьерными свойствами в текущей программе испытаний, а также сложные структуры, например плёнки с покрытиями или ламинаты на бумажной основе. По возможности включите материалы, близкие к пределу приёмки. Демонстрация только на образце, который легко измерить, мало что говорит о работе прибора в условиях, когда принять решение сложнее всего.

Передайте каждому поставщику одинаковое техническое задание и задайте следующие вопросы:

• Может ли система работать при необходимых температуре и влажности? Какие допуски обеспечиваются непосредственно у образца?
• Какой диапазон измерений и какую повторяемость система обеспечивает при этих условиях и предполагаемой площади испытания?
• Как выполняются калибровка, верификация, проверка на утечки и работа с эталонными материалами?
• По каким критериям определяют достижение стабильного значения для отчёта и можно ли просматривать исходные данные с привязкой ко времени?
• Сколько образцов действительно можно обработать за смену с учётом подготовки и переналадки?
• Какие расходные материалы, инженерные коммуникации, обслуживание и обучение операторов необходимы?

Для гравиметрических испытаний дополнительно уточните цену деления и пригодность весов, стабильность камеры, частоту взвешиваний, герметизацию чашек и поправки, необходимые по выбранной процедуре. Для инфракрасных испытаний проверьте порядок верификации детектора, требования к газу-носителю, контроль потока и доступность сервисной поддержки. В обоих случаях выясните, как система сигнализирует о необычном результате, а не предполагайте, что программное обеспечение способно выявить каждую утечку или ошибку установки образца.

Paratronix Instruments Co., Ltd. производит приборы для испытаний упаковки, применяемые, в частности, для пластиковых и высокобарьерных материалов, и предлагает решения для испытаний упаковки. Обсуждая задачу с поставщиком оборудования, укажите требуемый стандарт, структуры материалов, ожидаемый диапазон WVTR и ограничения лаборатории. Эти сведения полезнее, чем общий запрос на «высокоточный» тестер.

Как выбрать метод

Гравиметрический метод стоит серьёзно рассмотреть, если материал обеспечивает надёжно измеримое изменение массы, требуемые условия доступны, а ручные операции подходят для объёма испытаний. Инфракрасный метод часто привлекателен, если низкие значения скорости передачи, автоматический мониторинг или частые повторные испытания оправдывают затраты на прибор и требования к его эксплуатации.

Сделать выбор менее субъективным можно, оценив оба варианта по одним и тем же критериям приёмки. Определите минимальное значение, которое необходимо измерять с достаточной уверенностью, максимально допустимое время выполнения и требуемую воспроизводимость для приёмки или отклонения материала. Затем проверьте эти требования на репрезентативных образцах и при условиях, которые будут указаны в лабораторных отчётах. Такая проверка обычно даёт больше полезной информации, чем сравнение заявленных пределов чувствительности.