目的
毛細流動 (Capillary Flow Porometry)孔徑分析法是一種用於分析過濾介質中貫穿孔空勁和分佈的分析技術。測量過程包括兩次運行－濕狀態和乾狀態。濕曲線是在濕潤的樣品上進行測量時產生的，它表示施加的壓力與通過已排空潤濕液體的孔隙的氣體體積流量之間的關係。另一方面，乾曲線表示氣體通過乾燥樣品時，隨著壓力增加，氣體流量的變化（氣體滲透率）。半乾曲線是將乾曲線除二(1/2乾狀態下之流速)得到的。由於孔徑是基於這三條曲線確定的，因此仔細分析它們的形狀至關重要。

在理想條件下，乾、濕曲線與上圖所示的曲線相似：濕曲線呈S形，乾曲線呈直線，兩條曲線最終匯合。然而，實際測量曲線可能與此理想情況有所偏差。分析曲線形狀及其偏差，可以深入了解樣品的特性、測量過程中發生的結構變化，或提示是否需要最佳化測量參數。

可能的曲線範例及其解釋
1.乾濕曲線均未顯示流動
如果在選定的壓力範圍內，乾濕曲線均未偵測到流動，則表示樣品孔隙中仍殘留潤濕液體。施加的壓力不足以將液體從孔隙結構中置換出來。

建議措施:
增加目標壓力 (Final pressure)


2.乾濕曲線不相交
濕曲線尚未完全形成，也未與乾燥曲線重合。它沒有呈現出典型的S形輪廓，即上端趨於平緩。這表明施加的壓力不足以將潤濕液從樣品的所有孔隙中完全排出。雖然最大的孔隙已經打開，但較小的孔隙仍然含有液體，保持閉合狀態。此外，當在孔徑分析中使用高黏度潤濕液（例如矽油）時，即使增加壓力，部分液體仍可能殘留在孔隙內。在這種情況下，由於樣品始終保持潤濕狀態，濕曲線可能永遠不會與乾曲線重疊。

建議措施
增加目標壓力，以徹底排出所有孔隙中的液體，或使用黏度較低的另一種潤濕液。


3. 濕曲線呈現類似指數成長的趨勢
濕曲線呈現指數成長，流速極高。在某些情況下，流速甚至超過了孔徑分析儀流速計之200L/min的測量極限。這種曲線形狀可能由以下幾個潛在原因造成：

• 樣品座洩漏
• 樣品存在缺陷
• 存在大孔

如果可以排除洩漏和缺陷，並且預計存在較大的孔徑（數十或數百微米），建議減少偵測點，以便在測量初期獲得更高的解析度。這可以透過在相同或更短的壓力範圍內使用更多測量點來實現。減小樣品的分析面積 (例如由直徑25mm的樣品降至直徑13mm)也有助於降低流速。在某些情況下，使用黏度更高或表面張力較高的潤濕液也可能有所幫助。

建議措施
檢查樣品支架、O型環和連接處，排除可能的洩漏。檢查樣品是否有缺陷。增加測量點數量和/或縮小樣品面積。如有必要，請更換潤濕液。


4. 乾濕曲線平行延伸，互不收斂－乾曲線位於濕曲線之上
如果濕曲線和乾曲線平行且末端不重合，這可能表示膜在第一次測試過程中發生了結構變化。乾曲線高於濕曲線可能表示樣品有損傷或缺陷，導致後續乾測試中流速更高。對同一樣品進行重複測試有助於確認這一點——如果第二次測試顯示流速增加，則很可能存在結構缺陷。有時，潤濕液會溶解或清除樣本中的某些顆粒（例如陶瓷），從而疏通孔隙，導致孔徑略微增大，這也會導致滲透率曲線升高。

建議措施:
如果可能，降低壓力範圍。先測量乾曲線 (使用’’Dry curve first ‘’模式)或使用計算得到的乾曲線。也可以對同一樣品重複測量，以檢查第一次測量過程中引起的結構變化。此外，還可以使用具有穩定多孔結構的潔淨樣品。


5. 乾濕曲線平行延伸－乾曲線位於濕曲線下方
這是前一種情況的變體，表明此膜樣品在第一次濕運行後發生了結構變化。如果乾濕曲線低於濕曲線，則可能表示薄膜發生壓實或部分孔隙坍塌，導致一些孔隙被堵塞，不再參與總流量，從而降低了整體滲透性。有時，這種現像也可以用潤濕液與材料的相互作用來解釋。

建議措施:
如果可能，降低壓力範圍。先測量乾曲線或使用計算得到的乾曲線。此外，可以使用非反應性潤濕液。


6. 非線性乾曲線—“懸掛曲線”
這種現象通常表示樣品在第一次測量後未完全乾燥，或發生了重新潤濕。當測量較厚的樣品且測量時間過短時，可能會發生重新潤濕。潤濕液可能殘留在膜基質中或O形環下方，並在後續測量過程中重新潤濕樣本。此外，當使用黏度過高的潤濕液時，也經常會觀察到「懸掛」的乾燥曲線。

建議措施:
增加壓力範圍和/或延長測量時間，以確保完全乾燥。


7. 初始流速的異常

測量開始時觀察到的流量可能由以下幾個原因造成：

• 由於樣品密封不當導致的側向流動（特別是中空纖維或管狀膜）。
• 如果管狀膜的橫截面未正確封閉，則會發生軸向洩漏。對於內部帶有選擇性層的管狀膜，未封閉的空間可能允許氣體繞過選擇性層，穿過膜壁。
• 樣品與潤濕液之間發生化學反應（例如溶脹），可能導致樣品損壞。
• 樣品缺陷，例如針孔或損壞部分（例如，陶瓷樣品）。
• 樣品結構中存在少量大孔。
• 較厚樣品潤濕不充分，導致樣品中的一些孔隙保持空置，允許氣體洩漏。

建議措施:
確保密封或膠封良好，確認樣品與潤濕液的相容性，必要時使用新的、未損壞的樣品重複測試。此外，對於較厚的樣品，增加潤濕時間並檢查孔隙中的所有氣泡是否已去除。


8. 濕曲線向下彎曲

在濕曲線分析過程中，氣體流速的降低是樣品壓縮的典型跡象。這種情況可能發生在測量具有非剛性、海綿狀結構或高孔隙率的樣本時。這類材料的機械穩定性較弱，容易被壓縮，進而導致孔徑縮小，滲透性降低。在極端情況下，整個孔隙結構可能會崩塌，導致無法偵測到氣體流動。對於孔徑較小的易壓縮樣品，使用液-液法孔徑分析儀 (POROLIQ)可能更有利，因為該技術在測量過程中施加的壓力較低。

建議措施:
使用計算出的乾曲線或使用液液法孔徑分析儀進行測量。


9. 乾濕曲線向上彎曲

如果在測量結束時，濕曲線（或乾濕曲線）向上彎曲而不是線性，則可能表示膜在壓力下發生了拉伸。這種情況可能發生在分析非常薄和/或彈性較大的樣品時。當膜發生拉伸時，通常無法準確測定最小孔徑。如果在測量後膜上仍可見樣品支撐網痕跡，則證實膜發生了拉伸。

建議措施:
使用能提供更好支撐的樣品支撐網，在樣品下方放置柔軟的不織布層，降低壓力範圍（如果可能），在適當情況下使用計算出的乾曲線，或使用液-液孔徑分析儀進行測量。


10. 流動方向錯誤（不對稱膜）

對於高度不對稱的薄膜，測量樣品時必須確保樣品方向正確，即選擇層朝向氣流方向。如果反向測試膜，由於孔徑漏斗效應和/或孔口拉伸，測得的孔徑可能偏大。

建議措施:
標記樣品的選擇性層，並沿流動方向進行測試。確保流動方向正確。


11濕曲線呈不規則的階梯狀形狀

如果在孔徑分析前浸漬劑（例如甘油）未被完全洗脫，則可能堵塞孔隙或干擾潤濕液。這可能導致潤濕曲線不規則或部分孔隙堵塞，從而降低滲透率。下圖展示了三種不同的情況：

曲線 1：測量前樣品中甘油完全去除後所獲得的正確測量值。
曲線 2：顯示未完全去除孔隙中的甘油的影響。在測量過程中，甘油在高壓下被機械擠出，導致濕曲線呈階梯狀，孔隙逐漸打開
曲線 3：顯示測量前甘油也未完全去除，在這種情況下，施加的壓力不足以疏通孔隙，導致流速顯著降低。

12. 濕潤曲線偏離典型的S形，在上部呈現急劇彎曲。

孔徑分析曲線在孔隙張開區域的急劇上升，使其形狀更接近Z形而非典型的S形，這可能反映了樣品的特定性質，例如孔徑分佈非常狹窄。對於孔徑分佈較寬的樣品（例如不織布），這種現像也可能表明在測量過程中潤濕液發生了蒸發。這種情況可能發生在測量具有大孔徑的高滲透性樣品時，一旦孔隙開始張開，流速就會迅速增加。如果測量時間過長，蒸發量會增加，導致曲線上部出現急遽彎曲。

建議措施：
縮短測量時間或考慮使用不同的潤濕液。


13乾燥曲線呈凸形

測試孔徑較大的材料（通常在幾百微米量級）時，可以觀察到凸形乾曲線。例如，不織布、織造布以及金屬網等材料都具有這種特性。這種現像源自於層流向湍流的轉變，而這種轉變在孔徑較大的材料中較容易發生。

建議措施：
無需採取任何措施。這種乾曲線特性是孔徑較大的樣品的典型特徵。


結論
毛細流動法的乾濕曲線形狀的分析對於獲得可靠的孔徑資料至關重要。對任何偏離理想曲線的情況進行詳細評估，可以深入了解樣品在測量條件下的行為，並有助於最佳化測試參數。本技術說明展示了各種孔徑曲線，重點說明了非典型行為的成因，並為調整測試條件提供了實用指導。雖然每個樣品都需要單獨考慮，但這些範例可作為解釋結果和理解樣品行為的參考。如需更多資訊和更多指導，請參閱我們關於潤濕液對毛細管流動孔徑分析數據的影響以及使用 PoreSuite 進行曲線擬合的技術說明。

資料來源：POROMETER
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