從透濕性測試的發展趨勢看增重法與減重法

　　稱重法是透濕性測試的仲裁方法，具有結構簡單、操作方便以及設備成本低等優點，實際應用非常廣泛。作為透濕杯的發展變形，容器可以是袋、瓶，或其他一些容器。稱重法包括增重法和減重法兩種測試方法，本文從透濕性測試的發展趨勢分析這兩種方法未來的發展與應用。

 

1．增重法與減重法測試原理分析

 

1.1 方法介紹

 

　　透濕性測試初期使用較多的是增重法（測試原理參見圖1），這種利用乾燥劑在透濕杯內吸濕、同時將透濕杯放在恆溫恆濕環境中使杯內外保持恆定相對濕度差的測試方法現在仍有很廣泛的應用。先將一定的乾燥劑放入透濕杯中，在透濕杯上放待檢測的薄膜，密封後使透濕杯內形成一個封閉的乾燥空間。將透濕杯放入恆溫恆濕的環境中，水蒸氣透過測試材料後被乾燥劑吸收，以適當的時間稱量透濕杯的增重，從而計算出水蒸氣的透過率。

　　減重法的興起要比增重法晚一些，但其自身的優勢十分突出，可以長時間穩定保持透濕杯內部的高濕環境。減重法（測試原理參見圖2）不使用乾燥劑，而是在試樣的上方吹以快速氣流來把滲透出的水蒸氣帶走，這樣稱量透濕杯時，得到的就是透濕杯重量的減少量，由此計算出水蒸氣的透過率。

1.2 測試方法比較

 

　　增重法與減重法最大的區別是在透濕杯內盛放的物質不同。增重法透濕杯內盛放的是乾燥劑，而減重法透濕杯內盛放的是蒸餾水、飽和鹽溶液或者其他試劑。兩種方法都能在試樣兩側形成特定的相對濕度差，從ASTM E 96標准給出的試驗過程及計算公式看，增重法和減重法的測試數據在理想狀況下是相同的。實際檢測經驗證明，減重法形成的試樣兩側的濕度差隨時間延長的穩定性要大大優於增重法，而且減重法的數據穩定性、重復性也比增重法要好。

 

2．增重法的局限性與減重法的優勢

 

2.1 稱重法的發展需要

 

　　傳統稱重法的測量精度往往不只受到分析天平精度的限制，環境因素、操作過程、試驗計時等也對測試結果產生不同程度的影響（相關操作可參見GB/T 1037中的說明）。這些影響因素的不確定性使得實際的透濕測試曲線與理想的透濕曲線之間存在難以預計的差異。傳統稱重法設備在實際使用中已經遇到各種各樣的問題。例如在試驗環境與稱量環境不一致的情況下，每當透濕杯離開試驗環境進行稱重都會破壞水蒸氣對測試材料的滲透平衡，對水蒸氣的整個滲透過程產生無法估量的影響，不但會導致測試結果穩定性的降低還會延長試驗時間；操作者的操作習慣也會對測試結果產生影響；解決透濕杯的密封更是困難，混合蠟本身的揮發量有時就能超出0.5g/m²，數據波動也很大，而且封杯等操作復雜，試驗效率低。可見，采用傳統稱重法設備（采用分離的恆溫恆濕箱與分析天平組合）操作較繁瑣，在測試效率和精度方面已經難以有突破性的改變。未來透濕性測試的發展趨勢需要高效率、高精度的檢測設備，合並測試環境與稱重環境、實現自動檢測是未來稱重法提高測試效率、測試精度的發展方向。

 

2.2 增重法的局限性

 

　　增重法透濕杯內盛放的是乾燥劑，由於乾燥劑的吸濕能力有一定限度，致使增重法的試驗時間不能無限延長，需要不定期檢查與更換，因此增重法標准對試樣檢測都要求在乾燥劑的吸濕能力明顯減弱之前結束試驗，否則很可能由於乾燥劑的吸濕能力的降低使得試樣兩側的相對濕度差無法得到保證，由此會導致測試結果的失效。例如：GB/T 1037-88中規定透濕杯中的乾燥劑吸濕總增量不得超過10％；ASTM E 96中規定增重法在試驗過程中吸濕增重限制在4％之內。可見，乾燥劑的吸濕能力、放入量、以及與透濕杯內空氣接觸的表面積與設備可測的透濕性下限、試驗時間的長短之間具有很強的關聯性。目前對乾燥劑乾燥能力的監控並不好實現，但是當乾燥劑的吸濕達到一定程度後必須更換，由於在增重法中乾燥劑是放在透濕杯內的，因此要更換乾燥劑就只能終止試驗，而且要達到預計的吸濕上限還需要在整個試驗過程中每隔一段時間輕微振動透濕杯來上下混合乾燥劑，以提高乾燥劑的乾燥能力。目前離開操作人員是無法完成這些操作的，濕度控制的不穩定性成為增重法實現自動檢測的最大障礙，目前沒有有效的解決方法。

 

2.3 減重法的優勢

 

　　減重法的試驗環境決定了這種方法可以方便地實現自動檢測，在實現測試環境與稱重環境的合並方面也沒有任何障礙。減重法透濕杯內盛放的是蒸餾水、飽和鹽溶液或者其他試劑用來形成特定的相對濕度，濕度的大小取決於杯內介質的純度與溫度，這給穩定的濕度發生提供了可靠保障。實際檢測經驗證明，薄膜材料的檢測時間遠少於透濕杯內試劑全部揮發的時間，不會在測試過程中出現濕度差的下降，而透濕杯放置的環境完全能夠依靠外界手段實現恆定乾燥濕度的控制，因此試樣兩側能長時間保持穩定可靠的相對濕度差。

 

　　目前全球市場存在的濕度傳感器法、紅外線法、電解法等傳感器法水蒸氣透過率測試設備都采用“減重法”環境模式，也就是采用蒸餾水或飽和鹽溶液來實現試樣一側為高濕的條件，而“增重法”環境模式沒有被傳感器法采用。

 

3．總結

 

　　稱重法是透濕性測試的基本方法，也是其他傳感器法的數據校正“基准”，因此稱重法測試精度、效率的提高不但是其自身的發展要求，也是其他透濕性測試方法准確性提高的基礎。增重法的檢測原理使得該方法很難實現自動檢測，因此近20年來發展緩慢，而實現全自動測試的減重法在測試數據准確性以及測試效率方面都表現出了很大的發展潛力，目前已經成為應用最廣泛的全自動稱重法，也是稱重法發展的主要方向。