水蒸氣透過(guò)率、透過(guò)量與透過(guò)系數(shù)應(yīng)用指南
福州印刷網(wǎng) 2008-5-7 14:17:27 來(lái)源：中國(guó)印刷網(wǎng)
摘要： 本文詳細(xì)介紹了三項(xiàng)透濕性參數(shù)(水蒸氣透過(guò)率、透過(guò)量以及透過(guò)系數(shù))的定義、應(yīng)用范圍以及相互之間的差異和換算關(guān)系，同時(shí)對(duì)于目前國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中定義不清晰的情況給予說(shuō)明。
關(guān)鍵詞： 透濕性，透過(guò)率，透過(guò)量，透過(guò)系數(shù)
隨著阻隔性檢測(cè)的普及，相關(guān)參數(shù)指標(biāo)已成為材料性能評(píng)價(jià)的關(guān)注重點(diǎn)。然而由于國(guó)內(nèi)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在一些參數(shù)定義上的差異使得很多試驗(yàn)人員、研究人員對(duì)于參數(shù)概念及應(yīng)用分辨不明。這不但給數(shù)據(jù)傳遞帶來(lái)一些影響，同時(shí)還會(huì)造成對(duì)材料性能評(píng)價(jià)的失誤。本文著重分析透濕性參數(shù)水蒸氣透過(guò)率、水蒸氣透過(guò)量以及水蒸氣透過(guò)系數(shù)的定義，對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行介紹，并指出實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題。
1.滲透描述
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(guò)塑料薄膜是受到高分子材料內(nèi)的化學(xué)勢(shì)能驅(qū)動(dòng)�；瘜W(xué)勢(shì)能由化學(xué)活性決定，而化學(xué)活性比例于氣體濃度，因此滲透物質(zhì)分子的濃度Ci 與其分壓強(qiáng)pi 有如下關(guān)系式：
pi＝kCi(1)
式中k 為常數(shù)，即透過(guò)薄膜的氣體通量將取決于其兩邊的分壓強(qiáng)。如果在時(shí)間t 內(nèi)，透過(guò)面積A 上的測(cè)試氣體總量為Q，可計(jì)算得到滲透系數(shù)(氣體透過(guò)系數(shù)或者水蒸氣透過(guò)系數(shù))P 為：P＝Ql／At(p1-p2) (2)
式中，p1、p2 是薄膜兩邊滲透物質(zhì)的分壓強(qiáng)，分壓差為△p＝p1-p2，1 是薄膜的厚度。
2.透濕性能參數(shù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)描述
以下是透濕性能測(cè)試中經(jīng)常使用的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：
2.1 ASTM E96-05
ASTM E96-05 中，用于描述材料透濕性能的參數(shù)有以下3 個(gè)：
(1)Water Vapor TransmissionRate：The steady water vapor flow in unit timethrough unit area of abody，normal to specificparallel surfaces，under specific conditions oftemperature and humidity at eachsurface.
譯文：水蒸氣透過(guò)率：在單位時(shí)間內(nèi)、在單位面積上透過(guò)樣品的水蒸氣總量，透過(guò)方向垂直與試樣特定表面，試樣每個(gè)表面都保持特定的溫濕度環(huán)境。
水蒸氣透過(guò)率縮寫為WVT，公制單位為：g／h·m2。
(2)Water Vapor Permeance：The time rate ofwater vapor transmission through unit area offlatmaterial or construction induced by unitvapor pressure difference between two spe-cific surfaces，underspecified temperature andhumidity conditions.
譯文：水蒸氣透過(guò)量：保持試樣兩表面特定的溫濕度環(huán)境，在單位時(shí)間內(nèi)，由試樣兩側(cè)單位水蒸氣壓差引起的，在單位面積上透過(guò)樣品的水蒸氣總量。
可見水蒸氣透過(guò)量是水蒸氣透過(guò)率與試樣兩側(cè)水蒸氣分壓差的比值。常用單位為：g／Pa·s·m2。
(3)Water Vapor Permeability：The time rate ofwater vapor transmission through unit area offlatmaterial of unit thickness induced by unitvapor pressure difference between two spe-cific surfaces，under specified temperature andhumidity conditions.
譯文：水蒸氣透過(guò)系數(shù)：保持試樣兩表面特定的溫濕度環(huán)境，在單位時(shí)間內(nèi)，由試樣兩側(cè)單位水蒸氣壓差引起的，單位厚度的樣品在其單位面積上透過(guò)的水蒸氣總量。
水蒸氣透過(guò)系數(shù)是水蒸氣透過(guò)量與薄膜厚度的乘積，常用單位為：g·cm／Pa·s·cm2。2.2 ISO 2528：1995
ISO 2528：1995 中，用于描述材料透濕性能的參數(shù)只有一個(gè)：
Water vapour transmission rate(WVTR)：Mass of water vapour transmitted through aunit area in aunit time under specified condition-sof temperature and humidity.It isexpressedin grams per squaremetre per 24h[g／(m2·d)].
譯文：水蒸氣透過(guò)率(WVTR)：在一定的溫度、濕度條件下，單位時(shí)間內(nèi)透過(guò)單位面積的水蒸氣的質(zhì)量。單位表示為：克每平方米每24 小時(shí)，[g／(m2·d)]。
2.3 GB／T 1037-1988
GB／T 1037-1988 中，用于描述材料透濕性能的參數(shù)有兩個(gè)：(1) 水蒸氣透過(guò)量(WVT)：在規(guī)定的溫度、相對(duì)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(nèi)透過(guò)的水蒸氣量。單位：g／m2·24h。
(2) 水蒸氣透過(guò)系數(shù)(PV)：在規(guī)定的溫度、相對(duì)濕度環(huán)境中，單位時(shí)間內(nèi)，單位水蒸氣壓差下，透過(guò)單位厚度，單位面積試樣的水蒸氣量。單位：g·cm／cm2·s·Pa。
注：GB／T 1037-1988 參照采用美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 96-80《材料透過(guò)水蒸氣性試驗(yàn)方法——杯式法》。
2.4 總結(jié)
從上述標(biāo)準(zhǔn)定義中分析它們的結(jié)果單位，我們可以得到，GB／T 1037-1988 中的水蒸氣透過(guò)量(WVT)與ASTM E96-05 標(biāo)準(zhǔn)中Water Vapor Transmission Rate(水蒸氣透過(guò)率，縮寫為WVT)的定義是一致的，與ISO2528：1995 中Water Vapor Transmission Rate(水蒸氣透過(guò)率，WVTR)也是一致的，單位都可轉(zhuǎn)化為g／m2·24h 的形式；GB／T1037-1988 中的水蒸氣透過(guò)系數(shù)與ASTME96-05 的Water Vapor Permeability(水蒸氣透過(guò)系數(shù))單位也是一致的，ISO 2528：1995 中沒(méi)有提及水蒸氣透過(guò)系數(shù)的概念；而ASTM E96-05 中的Water Vapor Permeance(水蒸氣透過(guò)量)的概念在GB／T 1037-1988 與ISO2528：1995 的標(biāo)準(zhǔn)中都沒(méi)有涉及。
3.透濕性參數(shù)實(shí)際應(yīng)用
水蒸氣透過(guò)率是單位時(shí)間透過(guò)單位面積的水蒸氣的質(zhì)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(gè)因素決定。水蒸氣透過(guò)率與測(cè)試環(huán)境和試樣個(gè)體有關(guān)，水蒸氣透過(guò)量只與測(cè)試試樣自身有關(guān)而與環(huán)境無(wú)關(guān)，至于水蒸氣透過(guò)系數(shù)則僅與試樣的材質(zhì)有關(guān)，是材料本身的性質(zhì)。三個(gè)參數(shù)之間滿足如下關(guān)系：
水蒸氣透過(guò)量＝水蒸氣透過(guò)率／△p，水蒸氣透過(guò)系數(shù)=水蒸氣滲透量×1 (3)
式中，△p 為試樣兩側(cè)的水蒸氣分壓差，1 是薄膜的厚度。
通常，我們只關(guān)注包裝材料的水蒸氣透過(guò)率(Water Vapor Transmission Rate，單位：g／m2·24h)和水蒸氣透過(guò)系數(shù)(Water VaporPermeability，單位：g·cm／cm2·s·Pa)。除去由于標(biāo)準(zhǔn)定義差異帶來(lái)的影響外，嚴(yán)格來(lái)講水蒸氣透過(guò)量(Water Vapor Permeance)是很少用到的，這主要是由應(yīng)用習(xí)慣導(dǎo)致的。然而對(duì)于水蒸氣透過(guò)系數(shù)的使用還存在誤區(qū)。Thepermeability is meaningful only forhomoge-neous materials，in which case it is a propertycharacteristic of bulk material.(水蒸氣透過(guò)系數(shù)僅對(duì)均勻材料有意義，它是一批均勻材料的特性參數(shù)。)可見材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)并非對(duì)所有材料都有意義，它僅對(duì)于均勻的單層材料有意義，而且應(yīng)用前必須已經(jīng)通過(guò)檢測(cè)多種厚度的材料證明其數(shù)據(jù)的一致性。也可將多種單層材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)應(yīng)用于多層復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。但是對(duì)于多層復(fù)合材料，檢測(cè)其水蒸氣透過(guò)系數(shù)是沒(méi)有意義的。
4.總結(jié)
對(duì)于透濕性參數(shù)的名稱定義不一致的問(wèn)題應(yīng)該引起有關(guān)方面的重視。對(duì)于使用者而言，不能僅關(guān)注透濕性參數(shù)的名稱，需要通過(guò)比較結(jié)果單位是否一致來(lái)確定不同標(biāo)準(zhǔn)中提及的參數(shù)意義是否相同，這樣才可以有效地避免名稱定義不一致所引起的應(yīng)用混亂，給業(yè)界的溝通交流提供便利。
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