傳感器法透濕性測試儀的檢測優(yōu)勢

傳感器法透濕性測試儀的檢測優(yōu)勢

摘要：測試環(huán)境的溫度和濕度是影響透濕性測試數(shù)據(jù)的兩大主要因素，因此對這兩項(xiàng)進(jìn)行有效控制，可使測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重復(fù)性明顯提高。本文對兩類透濕性檢測方法進(jìn)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(yōu)勢。 關(guān)鍵詞：透濕性，傳感器法，稱重法，溫度控制 由于包裝內(nèi)的水蒸氣含量能使一些產(chǎn)品的質(zhì)量發(fā)生變化，因此在選擇包裝材料時(shí)應(yīng)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(jié)果的因素很多，其中以試驗(yàn)溫度和試樣兩側(cè)濕度差的穩(wěn)定性對試驗(yàn)結(jié)果所產(chǎn)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(shù)結(jié)晶高聚物都是半晶聚合物，理論上認(rèn)為聚合物的結(jié)晶部分是滲透物分子在聚合物內(nèi)部擴(kuò)散過程所經(jīng)途徑中的不可穿過區(qū)域，擴(kuò)散主要發(fā)生在無定形部分。聚合物分子鏈越長，其構(gòu)象越多。當(dāng)溫度升高時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，分子鏈構(gòu)象變化得越快，聚合物內(nèi)聚度下降，滲透質(zhì)分子在聚合物內(nèi)的擴(kuò)散速度加快，即當(dāng)溫度升高時(shí)材料的阻隔性會(huì)降低。 水蒸氣對聚合物的滲透過程受溫度波動(dòng)影響明顯（這點(diǎn)與無機(jī)氣體滲透類似），與溫度的關(guān)系均服從Arrhenius方程： 隨溫度升高，透濕系數(shù)增大，但不同聚合物膜增加的情況有差別。有文獻(xiàn)指出，無定形的材料隨溫度的升高透濕系數(shù)增加較快，而具有一定結(jié)晶度的材料增加的就會(huì)慢一些。 2.濕度差對試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(huì)首先吸收水蒸氣出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象，使其中的自由體積增大。材料的透濕系數(shù)具有明顯的水蒸氣濃度依賴性，相應(yīng)地，材料的透濕量也受濕度變化的影響，表現(xiàn)為部分聚合物的透濕量與其兩側(cè)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(guān)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(guān)系的現(xiàn)象就是水蒸氣與常見無機(jī)氣體在聚合物滲透過程中最顯著的區(qū)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(shè)備結(jié)構(gòu)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(huán)境中，利用恒溫恒濕的環(huán)境和透濕杯內(nèi)放置的干燥劑或是飽和鹽溶液來控制試樣兩側(cè)的相對濕度，通過測量試驗(yàn)過程中透濕杯重量的增減來計(jì)算試樣的透濕量。這種測試方法的試驗(yàn)溫度是由恒溫恒濕環(huán)境提供的，濕度則取透濕杯內(nèi)濕度與環(huán)境濕度的差值。由于在試驗(yàn)前及試驗(yàn)過程中需要在恒溫恒濕環(huán)境中對透濕杯進(jìn)行放置、移位等操作，因此所需的恒溫恒濕環(huán)境往往體積較大，這不利于對環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)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(dòng)態(tài)相對濕度測定法。其中紅外傳感器法與電解法的檢測結(jié)構(gòu)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(cè)控制為高濕的狀態(tài)，而另一側(cè)用干燥氣體吹掃以保持干燥，這樣試樣兩側(cè)就形成了特定的濕度差。透過試樣進(jìn)入干燥側(cè)的水蒸氣被干燥氣流攜帶進(jìn)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(shè)備工作獨(dú)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(jìn)行。動(dòng)態(tài)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(shí)現(xiàn)，而試樣兩側(cè)的濕度差根據(jù)測試原理在整個(gè)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(yōu)勢 體積是在某個(gè)空間中實(shí)現(xiàn)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(shè)備結(jié)構(gòu)比稱重法的設(shè)備結(jié)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)測試環(huán)境中的溫濕度均勻控制，可以通過特殊技術(shù)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(yōu)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在采用水浴控溫的原理上加以改進(jìn)利用恒溫循環(huán)水來保持測試腔的溫度，而且恒溫循環(huán)水由外循環(huán)控制器來控溫并提供循環(huán)動(dòng)力。尤其值得一提的是，TSY-W3所采用的循環(huán)控制器既可制熱又可制冷，控溫范圍在0℃～100℃，控溫精度可達(dá)±0.1℃，不但完全滿足國內(nèi)外檢測標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行濕度控制可使試樣高濕一側(cè)的濕度均勻穩(wěn)定，而低濕一側(cè)的氣流由干燥器控制濕度，因此試樣兩側(cè)能獲得非常穩(wěn)定的濕度差，波動(dòng)非常小。溫濕度控制得越精確越有利于試驗(yàn)結(jié)果，TSY-W3的實(shí)測數(shù)據(jù)重復(fù)性在其整個(gè)測試范圍內(nèi)都非常好（當(dāng)然材料的均一性也是影響測試數(shù)據(jù)重復(fù)性的一個(gè)關(guān)鍵因素）。此外這款設(shè)備測試時(shí)間相對與稱重法設(shè)備有一定的縮短，尤其是在進(jìn)行透濕性較低的材料的檢測時(shí)能體現(xiàn)出較大的檢測效率優(yōu)勢。而且對測試環(huán)境中的震動(dòng)也不敏感，有效避免了環(huán)境干擾對試驗(yàn)效率的影響。 5.總結(jié) 測試環(huán)境的溫度和濕度是影響透濕性測試數(shù)據(jù)的兩大主要因素，因此對這兩項(xiàng)進(jìn)行有效控制可使得測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和重復(fù)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(xiàn)出較強(qiáng)的檢測優(yōu)勢。