摘要 | 本(běn)文(wén)詳細介(jiè)紹了三項透濕性參數(水(shuǐ)蒸氣透(tòu)過率、透過量以及透過係數)的定義、應用範圍以及相互之間的差異和換算關(guān)係,同時對於目前國際國內標準中定義不清晰的情況給予說明。 |
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關鍵字 | 袋類包裝、鋁塑包裝、塑料複合包裝、鍍鋁包裝,發黴、黴變、漲袋, 結塊(kuài)、吸潮、潮解, 氧化、酸敗、哈喇味,堆碼破袋、封口(kǒu)開裂,漏氣、癟袋、析漿,滲油,異味,蒸煮變形(xíng),墨層脫色,科研院校解(jiě)決(jué)方案,檢測機構解決方案,透濕性(xìng),透(tòu)過率,透(tòu)過(guò)量,透過係數 |
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隨著阻(zǔ)隔性檢(jiǎn)測的普及,相(xiàng)關參數指標已成為材料性能評價的關注重點。然而(ér)由於國內(nèi)、國際標準在一些參數定義上的差異使得很多試驗人員、研究人員對於參數概念及應用分辨不明。這不(bú)但給數據傳遞帶來一些影響,同時還會造成對材料性能評價的失誤。本文著重(chóng)分析透濕性參數水蒸氣透過率、水蒸氣透過量以及水蒸氣透過係數的定義,對(duì)它們之間(jiān)的關係進行介紹,並指出實際應用中應當注意的問題(tí)。
1.滲(shèn)透描述
按照質(zhì)量遷移理論,氣體分子或者水蒸氣分子之所以能透過塑料薄膜是受到高分(fèn)子材料內的化學勢能驅動。化學勢能由化學活性決定,而化學活性(xìng)比例於氣體濃度,因此滲透物質(zhì)分子的濃度Ci與其分壓(yā)強pi有如下關係式:
pi = kCi (1)
式(shì)中k為常數,即透過薄膜(mó)的氣體通量將取決於其兩邊的分壓強。如(rú)果在時間t內,透過麵積A上的測試氣體總量為Q,可計算得到滲透係數(氣(qì)體透過(guò)係數或者水蒸氣透過係數)P為:
P =
(2)

式中,p1、p2是薄膜兩邊滲透物質的分壓強,分壓差為△p = p1-p2, l是薄膜的厚度。
2.透濕性能(néng)參數的國際標準(zhǔn)描述
以下是透濕性能測(cè)試中經常使用的基礎標準:
2.1 ASTM E96-05
ASTM E96-05中,用於描述材料透濕性(xìng)能的參數有以(yǐ)下(xià)3個:
1. Water Vapor Transmission Rate: The steady water vapor flow in unit time through unit area of a body, normal to specific parallel surfaces, under specific conditions of temperature and humidity at each surface.
譯(yì)文:水蒸氣透過率:在單位時間內、在單位麵積上透過樣品的水蒸氣總量(liàng),透過方向垂(chuí)直與(yǔ)試樣特定(dìng)表麵,試樣每個表麵都保持(chí)特定的溫濕度環境(jìng)。
水蒸氣透過率縮寫為WVT,公製單位為:g/h·m2 。
2. Water Vapor Permeance: The time rate of water vapor transmission through unit area of flat material or construction induced by unit vapor pressure difference between two specific surfaces, under specified temperature and humidity conditions.
譯文:水蒸氣透過量:保持試樣兩表麵特定的溫(wēn)濕度環境,在(zài)單位時間(jiān)內,由試樣兩側單(dān)位水蒸氣壓差引起的(de),在單位(wèi)麵積上透過樣品的水蒸氣總量(liàng)。
可見(jiàn)水(shuǐ)蒸氣透過量是(shì)水蒸氣透過率與試樣兩側水蒸氣分(fèn)壓(yā)差的比值。常用單位為:g/ Pa·s·m2。
3. Water Vapor Permeability: The time rate of water vapor transmission through unit area of flat material of unit thickness induced by unit vapor pressure difference between two specific surfaces, under specified temperature and humidity conditions.
譯文:水蒸氣透過係數(shù):保持試樣兩表麵特定的溫濕(shī)度環境,在單位時間內(nèi),由試樣兩側(cè)單位水蒸氣壓差引起的,單(dān)位厚度的樣品在其(qí)單位麵積(jī)上透過的水蒸氣總量。
水蒸氣透過係數是水蒸(zhēng)氣透過量與薄膜厚(hòu)度的(de)乘積,常用單位為:g·cm/ Pa·s·cm2。
2.2 ISO 2528:1995
ISO 2528:1995中,用於描(miáo)述材料透濕性能的參數隻有一個:
Water vapour transmission rate (WVTR): Mass of water vapour transmitted through a unit area in a unit time under specified conditions of temperature and humidity. It is expressed in grams per square metre per 24h [g / (m2·d)].
譯文:水蒸氣透過率(WVTR):在一定的溫度、濕度條件下,單位時間內透過單位麵積的水蒸氣(qì)的質量。單位表示為:克每平方米(mǐ)每24小時,[g / (m2·d)]。
2.3 GB/T 1037-1988
GB/T 1037-1988中,用於描述材料透濕性能的參數有兩個:
1. 水(shuǐ)蒸(zhēng)氣透過量(WVT):在規定的溫(wēn)度、相對濕度(dù),一定(dìng)的(de)水蒸氣壓差和一(yī)定厚度的條件下,1m2的試樣在24h內透過的(de)水蒸氣量。單位:g /m2·24h。
2. 水蒸氣透過係數(PV):在規定的溫度、相對濕度環境(jìng)中,單位時間內,單位水蒸氣壓差下,透過單位厚度,單位麵積試樣的水蒸氣量。單位(wèi):g·cm/cm2·s·Pa。
注:GB/T 1037-1988參照采用美國試驗與材料協會標準ASTM E 96-80《材料透過水蒸氣性試驗方法——杯式法》。
2.4 總(zǒng)結
從上述標準定義中分析它們的結果(guǒ)單位,我們可以得到,GB/T 1037-1988中的水蒸氣透過量(WVT)與ASTM E96-05標準中 Water Vapor Transmission Rate(水(shuǐ)蒸氣透過率,縮寫為WVT)的(de)定(dìng)義是一致的,與ISO 2528:1995中Water Vapor Transmission Rate(水蒸氣透過率,WVTR)也是一致的,單位(wèi)都可轉化為g/m2·24h的形式;GB/T 1037-1988中的水蒸氣透過係數與ASTM E96-05的Water Vapor Permeability(水蒸氣透過係數)單位也是一致的,ISO 2528:1995中沒有提及水蒸氣透過係數的概念;而ASTM E96-05中的Water Vapor Permeance(水蒸氣透過量)的概念在GB/T 1037-1988 與ISO 2528:1995的標準中(zhōng)都沒有涉及。
3. 透濕性參數實際應用
水(shuǐ)蒸(zhēng)氣透(tòu)過率是單位時間透過單(dān)位麵(miàn)積的水蒸氣的質量,它由材料本身的阻隔性能和材料兩邊水蒸氣濃度差兩個因素決定。水蒸氣透過率與測試環境和試樣個體有關,水蒸氣(qì)透過量隻與測試試樣自身有(yǒu)關(guān)而與環境無關,至於水蒸氣透過係數則僅與試樣的材質有關,是材(cái)料本身的性質。三個參數(shù)之間滿足如下關係:
水蒸氣透過量=水蒸氣透過率/△p, 水蒸氣(qì)透過係(xì)數=水蒸氣滲(shèn)透量×l (3)
式中(zhōng),△p為試樣兩側的水蒸氣分壓差,l是薄膜的厚(hòu)度。
通常,我(wǒ)們隻關注(zhù)包裝材料的水蒸(zhēng)氣透過率(Water Vapor Transmission Rate,單位:g/m2·24h)和水(shuǐ)蒸氣透過係數(Water Vapor Permeability,單位:g·cm/cm2·s·Pa)。除去(qù)由於標準定義差異帶來的影響外,嚴格來講水蒸氣透(tòu)過量(Water Vapor Permeance)是很少用到的,這主要是由應用習慣導致的。然而對於水蒸氣透過係數的使用還存在誤區。The permeability is meaningful only for homogeneous materials, in which case it is a property characteristic of bulk material.(水蒸氣透(tòu)過係數僅對均(jun1)勻材料有意義,它是一批均勻材料的特性(xìng)參數。)可見材(cái)料的水蒸氣透過係數並非對所有材料都有意義,它僅對於均勻的單層材料有意(yì)義,而且應用前必須已(yǐ)經通過檢測多種厚度的材料證明其數(shù)據的一致性。也可將多種單層材料的水蒸氣透過係(xì)數應用於多層複合材料的結構設計中。但是對於多層複合(hé)材料,檢測其水蒸氣透過係數是沒有意義的。
4. 總結
對於透濕(shī)性(xìng)參數的名稱定義不一致的問題應該(gāi)引起有關方麵的重視。對於(yú)使用者而言,不能(néng)僅關注透濕性參數的名稱,需要通過比較結果單位是否一致來確定不(bú)同標準中提及的參數(shù)意(yì)義是否相同,這樣才可以有效地避免名稱定義不一致所引起的(de)應用混亂,給業界的溝通(tōng)交流(liú)提供便利。