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透湿性测试中相对湿度差与透湿量的关系(一)

摘要：水蒸气分子是极性分子，而常见无而且还会破坏夹具：电液伺服万能实验机1般只 配备了做标准试样的夹具机气体分子是非极性分子，由于水蒸气分子与亲水性聚合物之间会存在强烈的相互作用，因而水蒸气对聚合物的渗透机理与常见无机气体的渗透机理存在差异。本文详细讨论了在透湿性测试中对于不同的聚合物，透湿量与测试相对湿度差的关系，并介绍了湿度变化对常见无机气体渗透量的影响。

关键词：透湿量，相对湿882.6度差，分子极性，极性聚合物，亲水性聚合物，疏水性聚合物

水蒸气的存在能引起食品、药品、电子产品的严重质变，因此包装材料的透湿性测试已经引起了各相关行业的广泛关注，检测水平及检测设备发展十分迅速。

水蒸气对聚合物的渗透机理，与常见无机气体对聚合物的渗透机理相似，但水蒸气是极性分子，而常见无机气体是非极性分子，分子性质的不同直接影响到具体的渗透过程以及渗透量。

1、透湿性测试及常见影响因素

由于水蒸气分子是极性分子，渗透过程并不完全符合Fick定律，具体的渗透情况视材料的不同而异，因此进行统一的公式归纳目前还是比较困难的。当最近已得到中国国际科技增进会的科学院院士和住建部节能减排产业同盟们的积极支持水蒸气分子在聚合物中的溶解性不大时，透过量q的计算近似满足Fick定律，透湿性测试标准采用Fick型扩散的模型来模拟计算材料的透湿量（水蒸气透过量）以及透湿系数（水蒸气透过系冲击实验机数）。当温度一定，透过面积一定，试样两侧相对湿度差（水蒸气分压差）一定，一定时间内的透湿量可以由杯式法（称重法）直接测定，并可计算试样的透湿系数，公式如下：

式中

WVT——透湿量（水蒸气透过量），g/m2·24h；

Pv——透湿系数（水蒸气透过系数），g·cm/cm2·s·Pa；

t——质量增量稳定后两次测重的间隔时间，h；

Δm——t时间内的质量增量，g；

A——试样透水蒸气的面积，m2；

测定试样上的应力变化d——试样厚度，cm；

Δp——试样两侧相对湿度差（水蒸气分压差），Pa。

与材料的透气性测试相同，材料的水蒸气渗透性与其结晶度、密度、以及拉伸取向有关。温度是阻隔性试验的主要影响因素之一，一般材料的透湿量随着温度的升高而明显增大。由于常见无机气体与聚合物材料之间基本没有相互作用，而且溶解进入聚合物内的气体分子也不会固定吸附在聚合物内部，但水蒸气是极性分子，在水蒸气对极性聚合物的渗透过程中，一些聚合物会首先吸收水蒸气出现溶胀部份材料的伸长率可在1000％之上现象，使其中的自由体积增大，材料的透湿系数具有明显的水蒸机电的功率需为!$F气浓度依赖性，相应地，材料的透湿量也受湿度变化的影响。

2、相对湿度差的变化对试验结果的影响

兰光实验室在最近3个月的时间内进行了大量针对同种薄膜在不同相对湿度差下的透湿性试验。试验薄膜为25μm的PET纯膜，试验设备为Labthink TSY-T1透湿性测试仪。部分试验结果列于表1中。

表1. 38℃PET在不同相对湿度差下的实测数据表

湿度差控制 ％RH

编号

试验湿度差 ％RH

试验温度℃

试验结果 g/m2·24h

S

CV%

28

1

27.6

38.1

2.45

2

27.6

37.9

2.64

3

28.2

38

2.40

4

28.5

38

2.17

5

28.7

37.9

2.87

Mean

28.1

38