稱重法是透濕性測試的仲裁方法

      透濕性測試方法包括稱重法和傳感器法兩大類，最早使用的是稱重法。稱重法是透濕性測試的仲裁方法，傳感器法的測試數據體系需要用稱重法數據進行標定。

 

1．材料的透濕性能

 

      材料的透濕性能是薄膜、薄片對於水蒸氣的阻隔性，是包裝材料防潮性能的主要指標。材料的透濕性能是通過透濕性測試進行檢測的。

 

      通常用來評價材料透濕性能的指標有水蒸氣透過量（WVT）和水蒸氣透過系數（P_V）。水蒸氣透過量是在規定的溫度、相對濕度，一定的水蒸氣壓差和一定厚度的條件下，1m²的試樣在24h內透過的水蒸氣量，單位是g/m²·24h。水蒸氣透過系數是在規定的溫度、相對濕度環境中，單位時間內，單位水蒸氣壓差下，透過單位厚度，單位面積試樣的水蒸氣量，單位是g·cm/cm²·s·Pa。兩者之間的關系如下：

 

      其中，d是試樣厚度，Δp是試樣兩側的水蒸氣壓差，與試樣兩側的相對濕度有關，而1.157×10^-9是用於單位換算的。ASTM E 96明確材料的透濕性能指標是依照稱重法來定義的。

 

2．透濕性測試方法的發展

 

2.1 稱重法

 

     上世紀中期，材料的阻隔性成為一種用於評定材料性能的新指標。最早的阻隔性測試標准是1953年制定的稱重法透濕性測試標准ASTM E 96，並根據稱重法的測試原理以及測量參數定義材料的透濕性參數。當時按照稱重法制造的透濕性測試設備不但附件繁多、操作復雜、測試時間長、測試效率低，而且對試驗操作者需要進行嚴格的培訓。

 

      如今稱重法已經獲得了明顯的改進，最新的稱重法透濕性測試設備已經實現將試驗環境和稱重環境合二為一的測試結構，不但增強了設備的測試准確度、簡化試驗人員的操作，而且大大降低了試驗失敗概率。同時，稱重元器件及各種相關技術的發展大大提高了稱重法的測試精度以及測試效率。

 

2.2 傳感器法

 

      傳感器法包括動態相對濕度測定法、紅外檢定法、電解傳感器檢測法，是從1970年之後纔陸續推出的一類透濕性測試方法。

 

      動態相對濕度測定法可以用於試樣進行透濕性能優劣的快速比較，而且它的試驗環境可以任意調節來更好地模擬包裝材料的實際使用情況。動態相對濕度檢定法的直接測量量是水蒸氣透過試樣的時間或者速度，並不是對微量水分的直接檢測，因而整個設備的數據體系完全依靠參考膜（Reference Film）進行標定。這點在ASTM E 398-03中有如下描述：“Standard Films, which have been calibration by gravimetric means……A standard, calibration film whose WVTR has been gravimetrically determined in accordance with the desiccant method of Test Methods E96…….”（參考膜由稱重法校准。…用於設備標定的參考膜，由稱重法確定其WVTR數據，采用的測試方法為測試方法E96 的增重法…）ISO 15106-1中對於參考膜的測試數據來源也有明確的規定，要求按照稱重法檢測獲得。

 

      紅外檢定法將紅外探測技術用於材料的透濕性檢測，是對紅外探測技術使用領域的推廣。電解傳感器檢測法采用電解技術可以實現對微量水分的高精度檢測。這兩種方法的測試結構非常相似，都是直接檢測通過薄膜的水蒸氣量，差別主要是傳感器原理不一樣。而且這兩種方法還可以進行包裝容器整體的透濕性檢測，而稱重法在進行容器整體檢測時無法避免稱重量程與測量精度無法兼顧的問題。不過他們仍然必須使用參考膜標定設備的測試數據體系。ISO 15106-2中對於參考膜的使用以及測試數據來源有明確的規定，也是要求按照稱重法檢測獲得，“Reference test specimen: a test specimen whose water vapour transmission rate is known, or one for which the water vapour transmission rate has been determined in accordance with ISO 2528.”（參考膜：水蒸氣透過量已知的薄膜，或者其水蒸氣透過量由ISO 2528確定）。

 

3．仲裁方法

 

      由於同時存在幾種透濕性測試方法，因此若是因為材料透濕性數據導致糾紛在判定時需要使用仲裁方法。仲裁方法應是基礎方法，不使用其他方法的測試數據標定自身的數據體系，檢測技術應科學、中間環節少。而且仲裁方法應具有很好的測試數據再現性以及理想的試驗偏差。這裡按照各種透濕性測試方法的特點進行客觀的分析。

 

      首先，對於數據體系的標定，正如之前所述，幾種傳感器法無論其直接檢測量是不是水蒸氣量，都需要使用參考膜標定數據體系，而參考膜的透濕性數據是通過稱重法（ISO 2528或者ASTM E 96）測試得到的。此外盡管ASTM F 1249中認為可調紅外檢定法可以有條件地（需要首先獲得相關各方的認可）用於仲裁測試，但是其數據體系必須經過參考膜標定，而標定後的紅外檢定法設備所出具的測試數據就與稱重法數據一致了。因此如果可調紅外檢定法可以作為仲裁方法使用的話，其“標定參照”——稱重法——沒有理由不是仲裁方法。而且傳感器法中采用的微量水分傳感器（除動態相對濕度測定法采用的相對濕度傳感器外）是消耗型元器件，因此必須利用參考膜進行周期標定。幾種傳感器法間通過由參考膜確定的標定系數可以統一測試數據體系，互相之間是可以替代的，但是並不具備作為仲裁方法的條件。

 

      第二，關於測試數據的“再現性”，比較幾個標准（ASTM E 96/E 96M-05，ASTM E 398-03 以及ASTM F 1249-06）中給出的數據，都比較接近。但是對於試驗偏差，稱重法標准ASTM E 96/E 96M-05有如下描述，“This test method has no bias because water vapor transmission of materials is defined in terms of this test method.”（這種測試方法－稱重法－不存在試驗偏差，因為材料的水蒸氣透過性是根據這種測試方法來定義的）。而對於幾種傳感器法的試驗偏差可以用ASTM 1249-06的這段描述來說明，“Measured values are derived from comparisons with known-value reference films. The accuracy of this method is therefore dependent upon the validity of the values assigned to these reference films.”（測試數據源於與參考膜的已知數據的比對。因此，這種方法的准確度取決於這些參考膜數據的正確性）。可見幾種傳感器法的試驗偏差完全取決於參考膜數據的正確性，因此也不具備作為仲裁方法的條件。

 

      綜上所述，對於透濕性測試領域來講，稱重法不僅是是仲裁方法，使用范圍最廣泛，也是其他透濕性測試方法數據體系的標定“准星”。