摘要：測試環境的溫度和濕度是影響透濕性測試數據的兩大主要因素，因此對這兩項進行有效控制，可使測試數據準確性和重復性明顯提高。本文對兩類透濕性檢測方法進行了對比，并以Labthink TSY-W3電解法透濕儀為例介紹了傳感器法的檢測優勢。



關鍵詞：透濕性，傳感器法，稱重法，溫度控制



由于包裝內的水蒸氣含量能使一些產品的質量發生變化，因此在選擇包裝材料時應該特別注意材料的透濕性能。包裝材料的透濕性能因材料的不同而存在顯著差異，因此透濕性能的檢測非常重要。影響透濕性測試結果的因素很多，其中以試驗溫度和試樣兩側濕度差的穩定性對試驗結果所產生的影響最顯著。



1.透濕性測試中溫度控制的重要性



絕大多數結晶高聚物都是半晶聚合物，理論上認為聚合物的結晶部分是滲透物分子在聚合物內部擴散過程所經途徑中的不可穿過區域，擴散主要發生在無定形部分。聚合物分子鏈越長，其構象越多。當溫度升高時，由于熱運動，分子鏈構象變化得越快，聚合物內聚度下降，滲透質分子在聚合物內的擴散速度加快，即當溫度升高時材料的阻隔性會降低。



水蒸氣對聚合物的滲透過程受溫度波動影響明顯（這點與無機氣體滲透類似），與溫度的關系均服從Arrhenius方程：















隨溫度升高，透濕系數增大，但不同聚合物膜增加的情況有差別。有文獻指出，無定形的材料隨溫度的升高透濕系數增加較快，而具有一定結晶度的材料增加的就會慢一些。



2.濕度差對試驗數據的影響



由于水蒸氣是極性分子，在水蒸氣對極性聚合物的滲透過程中，一些聚合物會首先吸收水蒸氣出現溶脹現象，使其中的自由體積增大。材料的透濕系數具有明顯的水蒸氣濃度依賴性，相應地，材料的透濕量也受濕度變化的影響，表現為部分聚合物的透濕量與其兩側的相對濕度差成非線性的變化，如親水性聚合物賽璐酚的透濕量與相對濕度差的關系就不成線性。這種滲透量與分壓差（對于透濕性測試來講即是相對濕度差）不成線性關系的現象就是水蒸氣與常見無機氣體在聚合物滲透過程中最顯著的區別。



3.稱重法和傳感器法差異



目前所采用的透濕性檢測主要是兩類：稱重法和傳感器法，它們的檢測原理不同，設備結構具有明顯差異。



簡單說，稱重法就是將試樣密封在透濕杯中，然后將透濕杯放置在恒溫恒濕的環境中，利用恒溫恒濕的環境和透濕杯內放置的干燥劑或是飽和鹽溶液來控制試樣兩側的相對濕度，通過測量試驗過程中透濕杯重量的增減來計算試樣的透濕量。這種測試方法的試驗溫度是由恒溫恒濕環境提供的，濕度則取透濕杯內濕度與環境濕度的差值。由于在試驗前及試驗過程中需要在恒溫恒濕環境中對透濕杯進行放置、移位等操作，因此所需的恒溫恒濕環境往往體積較大，這不利于對環境的溫度和濕度進行控制。







圖1. 減重法測試原理圖



傳感器法依照所采用的傳感器種類的不同分為紅外傳感器法、電解法以及動態相對濕度測定法。其中紅外傳感器法與電解法的檢測結構相近，原理相似，都是將試樣密封在上下測試腔中，利用飽和鹽溶液將試樣的一側控制為高濕的狀態，而另一側用干燥氣體吹掃以保持干燥，這樣試樣兩側就形成了特定的濕度差。透過試樣進入干燥側的水蒸氣被干燥氣流攜帶進入傳感器中測定其中的水分含量以判斷試樣的透濕量。基于這兩種檢測原理的設備工作獨立性都很好，而且所需的測試腔體積非常小，使得控溫控濕易于進行。動態相對濕度測定法的檢測原理與紅外傳感器法以及電解法有一定差別，在這種方法中溫度控制也易于實現，而試樣兩側的濕度差根據測試原理在整個測試過程中都是在不斷變化的。







圖2. 電解法示意圖



4.傳感器法透濕性測試儀的溫濕度控制優勢



體積是在某個空間中實現溫度和濕度均勻的主要影響因素之一，體積越小，溫度、濕度的均勻控制效果越好。如前所述，傳感器法的設備結構比稱重法的設備結構更易于實現測試環境中的溫濕度均勻控制，可以通過特殊技術處理獲得理想的控制效果。以Labthink TSY-W3為例說明一下電解法在溫濕度控制方面的優勢。



Labthink TSY-W3電解法透濕儀采用高精度電解法濕度傳感器，其突出結構特點是在采用水浴控溫的原理上加以改進利用恒溫循環水來保持測試腔的溫度，而且恒溫循環水由外循環控制器來控溫并提供循環動力。尤其值得一提的是，TSY-W3所采用的循環控制器既可制熱又可制冷，控溫范圍在0℃～100℃，控溫精度可達±0.1℃，不但完全滿足國內外檢測標準的需要，而且在Labthink系列透濕性測試儀中控溫也是最理想的。選擇飽和鹽溶液進行濕度控制可使試樣高濕一側的濕度均勻穩定，而低濕一側的氣流由干燥器控制濕度，因此試樣兩側能獲得非常穩定的濕度差，波動非常小。溫濕度控制得越精確越有利于試驗結果，TSY-W3的實測數據重復性在其整個測試范圍內都非常好（當然材料的均一性也是影響測試數據重復性的一個關鍵因素）。此外這款設備測試時間相對與稱重法設備有一定的縮短，尤其是在進行透濕性較低的材料的檢測時能體現出較大的檢測效率優勢。而且對測試環境中的震動也不敏感，有效避免了環境干擾對試驗效率的影響。



5.總結



測試環境的溫度和濕度是影響透濕性測試數據的兩大主要因素，因此對這兩項進行有效控制可使得測試數據準確性和重復性明顯提高。綜合比較顯示，Labthink TSY-W3電解法透濕儀在溫濕度檢測控制方面表現出較強的檢測優勢。