杯式称重法是 WVTR 测定的“母方法”:把试样密封在透湿杯口,杯内放干燥剂或水,整个杯子放进可控温湿度的环境箱,定期用天平称量杯子的增重或减重,由质量-时间曲线的斜率算出透过率,单位 g/(m²·24h)。所有仪器法(红外、电解)的结果都要能与它对齐。

类比:减重法像把一杯水放进沙漠每天称——看它“瘦”多快;增重法像把一杯干燥剂放进桑拿房——看它“增重”多快。方向相反,测的是同一件事:这层膜每天放多少水汽过去。

标准里的定义

ASTM E96/E96M-24a provides two basic procedures: the Desiccant Method (dry cup), in which a desiccant keeps the inside of the cup nearly dry and the cup gains mass as water vapor enters from outside, and the Water Method (wet cup), in which water inside the cup maintains nearly 100% relative humidity and the cup loses mass as vapor escapes. ISO 2528:2017 specifies the corresponding gravimetric (dish) method for sheet materials.

增重法与减重法怎么选

关键在水蒸气驱动方向与梯度大小。增重法杯内相对湿度接近 0%,外侧 90% RH 时梯度最大,适合高阻隔、慢透过的材料——增重虽小但方向稳定;减重法杯内相对湿度接近 100%,更接近内容物为水溶液(药品溶液、酱料)的实际渗透方向,适合中高透过率材料。注意干燥剂会饱和:吸水接近容量上限前必须更换或结束试验;水法则要保持杯内水面与试样之间留有空气间隙,杯内蒸汽压才稳定。

关键操作要点

决定数据可靠性的五个环节:① 试样状态调节——测试前在试验温湿度下平衡足够时间,消除材料内已有的湿度梯度;② 边缘密封——蜡封或法兰夹持必须让水汽只走“正面”,侧漏是最大误差源;③ 称重精度——天平需 0.1 mg 级,增重太小时会被天平噪声淹没;④ 称重间隔——使累计增(减)重落在天平良好线性区,且每次暴露在外的称重时间尽量短;⑤ 环境箱风速——空气流速影响试样表面的边界层厚度,必须按标准固定。ASTM E96 附录 X1 列出 A–E 五种常用温湿度组合,报告中必须注明所用条件。

局限与仪器法的分工

ISO 2528:2017 明确:预期透过率低于 1 g/(m²·24h) 或试样厚度超过 3 mm 时,杯式法不再适用,宜改用 ISO 9932;更低量级的高阻隔材料用仪器法——红外检测传感器法(ASTM F1249、ISO 15106-2)量程约 0.05–50,电解检测传感器法(ISO 15106-3、ASTM F3299)灵敏度最高。尽管如此,称重法仍是仲裁检验与仪器校准的基准:它直接称量质量,不依赖任何传感器的传递链。

引用来源

  • GB/T 1037-2021《塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能测定 杯式增重与减重法》,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布,2022-06-01 实施。
  • ASTM E96/E96M-24a《Standard Test Methods for Gravimetric Determination of Water Vapor Transmission Rate of Materials》,ASTM International,2024 年发布。
  • ISO 2528:2017《Sheet materials — Determination of water vapour transmission rate (WVTR) — Gravimetric (dish) method》,ISO/TC 6/SC 2。
  • ISO 9932《Paper and board — Determination of water vapour transmission rate of sheet materials — Dynamic gas flow and static gas methods》,低透过率与厚试样的替代方法。
  • ASTM F1249 与 ISO 15106-3,红外与电解仪器法。
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