本文提出利用氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)量聚合物薄膜滲透性能的方法，即通過(guò)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)等三種聚合物薄膜對(duì)氦(He)的滲透率的測(cè)量，結(jié)合菲克定律計(jì)算相應(yīng)的薄膜滲透率，并分析比較三種薄膜對(duì)He 滲透率的大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三種聚合物薄膜(PET、PDMS、PI)對(duì)氦的滲透率分別為：1.07×10^-7 Pa·m³/s、2.01×10^-6 Pa·m³/s、1.04×10^-5 Pa·m³/s，由于玻璃轉(zhuǎn)變溫度的差異，三種薄膜滲透率的大小如下：PDMS>PI>PET，玻璃轉(zhuǎn)變溫度最高的PET 對(duì)He 的滲透率最小。本文測(cè)試方法的相對(duì)合成不確定度為5.79%，且該測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行薄膜滲透性的測(cè)試具有測(cè)量時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)。

　　由于氣體分子的擴(kuò)散性和材料的缺陷，氣體滲透在聚合物薄膜中是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。近年來(lái)，聚合物薄膜廣泛應(yīng)用于食品包裝、軍事、發(fā)光顯示等領(lǐng)域，因此對(duì)薄膜滲透率的測(cè)量越顯重要。在食物包裝工業(yè)方面，包裝新鮮食物的塑料薄膜應(yīng)具有高的滲透率；為保存油膩類食物，要求包裝膜對(duì)氧氣的滲透率極小而對(duì)充氮包裝用膜，則要求其它氣體幾乎不滲透；在發(fā)光顯示方面， 聚合物薄膜廣泛應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)；軍事方面所用到的平流層飛艇，組成飛艇的聚合物材料對(duì)氦的滲透率必須達(dá)到一定的要求以保證飛艇良好的整體漏率，從而確保飛艇良好的工作性能，因此本文進(jìn)行薄膜對(duì)氦滲透率的研究具有實(shí)踐意義。

　　目前，氣體累積法是國(guó)內(nèi)外測(cè)試薄膜對(duì)氣體滲透率的主要方法。氣體累積法：測(cè)試初始階段，薄膜兩側(cè)需要保持一定的真空度；測(cè)試時(shí)，測(cè)試氣體充滿與薄膜一側(cè)相連的腔體(高壓室)并保持壓強(qiáng)為1atm；測(cè)試氣體通過(guò)薄膜滲透到另一側(cè)，并利用真空計(jì)記錄與薄膜另一側(cè)相連腔體(被檢室) 的壓強(qiáng)隨時(shí)間變化的規(guī)律。Xue FengYao 等人便是利用此方法研究計(jì)算薄膜對(duì)氣體滲透率的理論方法，Inseok Yeo 也利用此方法研究了真空絕熱板(VIP)對(duì)氣體的滲透率。

　　由于氣體累積法測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，被檢室內(nèi)的本底漏率是影響結(jié)果的一個(gè)重要因素，同時(shí)環(huán)境溫度的波動(dòng)也影響著結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為該測(cè)試方法要求實(shí)驗(yàn)在恒溫室內(nèi)進(jìn)行，且需要單獨(dú)測(cè)量被檢室內(nèi)的本底漏率，測(cè)量過(guò)程較復(fù)雜，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)。

　　本文利用氦質(zhì)譜檢漏儀測(cè)量聚合物薄膜對(duì)He 的整體漏率，根據(jù)菲克定律計(jì)算出聚合物薄膜對(duì)He 的滲透率，并比較分析三種常用聚合物(PET，PDMS，PI)對(duì)He 滲透率的大小。

1、理論背景

　　1.1、氣體擴(kuò)散理論及菲克定律

　　氣體通過(guò)薄膜主要是以下三個(gè)步驟(如圖1)：1.氣體分子吸附在薄膜的一側(cè)；2.氣體分子擴(kuò)散到薄膜的另一側(cè)；3.氣體分子從薄膜的另一側(cè)解吸。

圖1 氣體滲透過(guò)程機(jī)理

2、結(jié)論

　　本實(shí)驗(yàn)利用氦質(zhì)譜檢漏儀和菲克第一定律測(cè)量并計(jì)算出了三種聚合物薄膜(PDMS、PET、PI) 對(duì)He 的滲透率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明k(PDMS)>k(PI)>k(PET)，這是由于對(duì)于同種測(cè)試氣體，薄膜對(duì)氣體的滲透率大小主要由其玻璃轉(zhuǎn)換溫度決定的，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論基本吻合。本文還得出了該測(cè)試系統(tǒng)的總體相對(duì)不確定度為5.79%，驗(yàn)證了該實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，且利用此測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行薄膜滲透性的測(cè)量，具有精度高，測(cè)試時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)。