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薄膜水蒸气透过率测试研究及分析二

时间:2021-07-06 来源网站:龙泉市化工机械网

薄膜水蒸气透过率测试研究及分析(二)

称重法与传感器法的主要区别有:

1)称重法可以直接通过称重数据进行计算,整个计算过—程客观明确;传感器法的试验结果往往是含有一个校验常数的乘积,校验常数的精度和准确性都直接影响到试验结果的准确性。

2)获取有效数据的手段不同:称重法采用称重传感器,传感器法采用红外传感器、湿度传感器等。

3)试样装夹方式不同:祢重法采用标准透湿杯装夹试样,专感器法一般采用气动装夹方式形成上下测试腔。

4)称重法设备维护方便,而且测试费用和维护费用都比较低,但传感器法的测试时间比称重法短。

对称重法透湿仪和传感器法透湿仪可能会有这样一种观点:传感器法是更先进更精确的测试方法,它可以取代称重法的地位成为基础性的透湿性测试方法,笔者认为这种观点是片面的。

3 传感器法的测试数据是以称重法数据为基础的

正如笔者之前所说的,称重法透湿仪的测试时间长是当时研发出能够进行快速测量的传感器法透湿仪的主要原因,但当时的红外检定技术还有待完善,设备可能会出现测试腔内的气流未完全干燥等现象,所以在利用传感器法检测水蒸气透过率的标准ASTMF372—99中明确写到这种测试方法需要使用标准膜校验。这种测试方法接受已知标准膜的水蒸气透过率(量),并将其作为一个标准数值记录在水蒸气透过量的“卡尺”上,这种应用与在绝对温标中定义冰水混合物的温度为273.15K完全相同。利用标准数值和校验得到的电信号输出值就能够得到一个校验常数,利用校验常数其它的电信号就能按比例得出试样的水蒸气透过率(量),因此校验常数是否准确直接影响到以后试样测试的结果。尽管红外探测技术发展迅速,但至今红外检定法的设备仍然需要标准膜校验,不仅如此,另一种传感器法——动态相对湿度检定法也明确要求使用标准膜校验。在ASTMFl249—01和ASTME 398—03都明确写出标准膜的数据要由ASTME 96(称重法)得到。这2种传感器法都是把称重法作为基准,使用称重法的数据来标定或修正自己的数据。所以,要是从试验数据这一方面来说,这2种传感器法都是通过各种手段尽可能快速准确地得出称重法数据,可以将传感器法看作是称重法的延伸。

4 测试方法的试验偏差

对于称重法,ASTME 96中有如下描述:这种测试方法即称重法,不存在试验偏差,因为材料的水蒸气透过是根据这种测试方法来定义的。由此可见称重法不仅是透湿性测试的最早的试验方法,而且还是最根本的方法,在透湿性测试领域具有最重要的地位。

ASTMF 372—99中关于红外检定法的测试精度描述:数据表明红外检定法与E 96得到相同的试验结果。关于试验偏差描述为:因为当红外检定法得到认可时E96已经是被广泛接受的透湿性方法,而且红外检定法中也使用了称重的步骤,因此试验偏差的获得是通过比较同种材料用2种试验方法检测分别得到的试验结果。试验方法E96的精度概述及2种方法的平均WVTH比较都收录在STPl039中。这些资料表明由这2种方法得到的平均水蒸气透过率是没有明显差别的。因此,这种试验方法与测试方法E96相比没有偏差”。可见红外检定法在测试精度偏差上并没有超越称重法,在计算其精度和偏差时仍是以以重法作为比较的标准。

通过以上论述,可以明显地看出称重法是透湿性测试的基本方法,尽管使用传感器法透湿仪可能会达到很高的重复性,但是只有由祢重法取得的数据才是严格按照水蒸气渗透定义褐到的,无论其精度如何,都是真实有效的。标准中规定称重法可以作为仲裁试验方法使用。

5 应用于全自动透湿性测试的称重法

作为基础测试方法的称重法也分为增重法和减重法2类,其中早期使用比较多的是增重法,这种利用干燥剂在透湿杯内吸湿、同时将透湿杯放在恒温恒湿环境中使杯内外保持恒定相对湿度差的测试方法现在仍有很广泛的应用(见图4)。它对透湿杯及干燥剂的使用有一些限制,如要求透湿杯中应有足够的空间,使得操作者在每次称重后都能轻微振动杯中的干燥剂使其上下混合,以免长时间使用上层干燥剂使其干燥效用减弱,而且在干燥剂干燥效用明显减弱之前必须完成试验。在实际应用中这些都影响了增重法推广,也为增量法的改进带来了很大的困难。减重法的兴起要比增重法晚一些,但其自身的优势十分突出,可以长时间保持透湿杯内部环境100%RH(见图1)。而且由图1—3也可以看出,减重法与传感器法的测试坏境完全一致,全部采用蒸馏水或饱和盐溶液来实现试样--M为100%RH或其它稳定相对湿度的条件”,事实证明这样达到的相对湿度差要比使用干燥剂更加稳定。

由于传统称量法和测试不是在同一个环境中,所以透湿杯需要在试验环境和称重环境中往复移动。本来水蒸气渗透是在一个渗透的平衡状态下测定的,这样对透湿杯的反复操作会给实验结果的准确性带来一定的影响。

减重法透湿仪可以通过改变设备的机械设计,实现测试过程和称量过程在同一个环境中自动进行,有效避免透湿杯的震动,有助于透湿杯在整个测试以及祢重过程中保持水平,减少试验误差,提高试验结果的重复性,完全避免了在称重过程中济南兰光的TSY-TI型透湿仪就是按照以上改良的减重法来设计制造的,长期使用证明,TSY-TI型透湿仪达试验精度非常高,并且大大缩短了试验时间:

当透湿量在1g/(m’.24h)以上时测试重复性非常好,在1g/(m’.24h)以下也有良好的重复性。

2)改良密封方式,提高透湿杯的密封性,并且有效地避免试样边缘泄漏问题,能取的十分理想的空白试验数据,因此在测试高阻隔试样时也无须进行空白试验。

3)目前的试验时间比起早期称重法设备已经大大缩短,测试高阻隔试样最多只需十几个小时,对低阻隔膜仅需1-2ho兰光子2004年又推出能够同时测试12个试样的TSY-T3型透湿仪,减重法仍为墨础制造原理,该设备还具有先进的干湿度控制功能。

6 结 语

通过以上论述,可以明确称重法是透湿性测试的基本方法。而且在2种称重法中减重法要比增重法更适用子全自动透湿仪的设计制造,发展潜力巨大,相信随着减重法技术的不断提高,称重法透湿仪的精度也将不断取得突破性的进展。由于称量法是透湿性测试的基本方法,称重法的进步无疑会推动整个透湿性测试领域的发展。

(作者/赵江 兰光实验室)

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