วิธีการชั่งน้ำหนักแบบถ้วยนี้ เป็นวิธีหลักที่ WVTR ใช้ในการวัดค่า โดยจะนำตัวอย่างไปบรรจุไว้ในถ้วยที่สามารถระบายความชื้นได้ ภายในถ้วยจะมีสารดูดความชื้นหรือน้ำอยู่ จากนั้นนำถ้วยทั้งหมดไปเก็บไว้ในห้องที่สามารถควบคุมอุณหภูมิและความชื้นได้ แล้วคอยชั่งน้ำหนักของถ้วยเป็นระยะๆ โดยใช้เทียบน้ำหนักกับเวลา เพื่อหาค่าการผ่านของความชื้น โดยใช้เส้นโค้งของค่าความหนาแน่นต่อเวลาเป็นตัวกำหนดค่าการผ่านของความชื้น โดยหน่วยเป็น g/(m²·24h) ผลลัพธ์จากวิธีการวัดทุกชนิด (ไม่ว่าจะเป็นวิธีการวัดด้วยรังสีอินฟราเรดหรือวิธีการไอออนิก) จะต้องสามารถเทียบได้กับวิธีนี้
การเปรียบเทียบนี้คล้ายกับการลดน้ำหนัก โดยการนำแก้วน้ำหนึ่งไปวัดน้ำหนักทุกวัน ดูว่ามัน “ผอมลง” ได้เร็วแค่ไหน ส่วนวิธีเพิ่มน้ำหนักก็คือการนำสารทำให้ชื้นไปวัดน้ำหนักในห้องซาวน่า ดูว่ามัน “เพิ่มน้ำหนัก” ได้เร็วแค่ไหน การทำทั้งสองอย่างมีทิศทางตรงกัน แต่เป็นการวัดสิ่งเดียวกัน นั่นคือปริมาณน้ำที่ไหลเข้าสู่ชั้นผิวของสิ่งนั้นทุกวัน
คำนิยามในมาตรฐาน
ASTM E96/E96M-24a อธิบายถึงวิธีการสองแบบหลัก ได้แก่ วิธีการใช้สารระเหยเพื่อทำให้ข้างในถ้วยแห้ง (วิธีถ้วยแห้ง) ในวิธีนี้ สารระเหยจะช่วยรักษาข้างในถ้วยให้แห้งเกือบสมบูรณ์ และถ้วยจะมีน้ำหนักเพิ่มขึ้นเมื่อมีน้ำระเหยเข้ามาจากภายนอก วิธีที่สองคือวิธีการใช้น้ำเพื่อทำให้ข้างในถ้วยมีความชื้นประมาณ 100% (วิธีถ้วยเปียก) ในวิธีนี้ ข้างในถ้วยจะมีความชื้นสูง และถ้วยจะมีน้ำหนักลดลงเมื่อมีน้ำระเหยออกไป ISO 2528:2017 กำหนดวิธีการวัดน้ำหนักของวัสดุแผ่นไว้อย่างชัดเจน
จะเลือกวิธีการเพิ่มน้ำหนักหรือลดน้ำหนักอย่างไรดี?
สิ่งสำคัญคือทิศทางของการเคลื่อนที่ของไอน้ำและขนาดของความต่างระหว่างความชื้นภายในกับภายนอก แบบการเพิ่มน้ำหนักนั้น ความชื้นสัมพัทธ์ภายในแก้วจะอยู่ใกล้กับ 0% ส่วนภายนอกจะมีความชื้นสัมพัทธ์ถึง 90% ซึ่งทำให้เกิดความต่างมากที่สุด ซึ่งเหมาะสำหรับวัสดุที่มีความต้านทานสูงและมีการซึมผ่านช้า แม้ว่าความเปลี่ยนแปลงจะน้อย แต่ทิศทางก็ค่อนข้างมั่นคง ส่วนแบบการลดน้ำหนักนั้น ความชื้นสัมพัทธ์ภายในแก้วจะอยู่ใกล้กับ 100% ซึ่งใกล้เคียงกับทิศทางการซึมผ่านของสารที่อยู่ภายในแก้ว ซึ่งเป็นสารละลายน้ำ (เช่น สารละลายยา หรือซอส) เหมาะสำหรับวัสดุที่มีอัตราการซึมผ่านปานกลางถึงสูง โปรดระวังว่าแอนตี้เอซิดจะเกิดการอิ่มตัว: ต้องเปลี่ยนหรือยุติการทดลองเมื่อน้ำที่ดูดซับได้ถึงขีดจำกัดของความจุ ส่วนวิธีการใช้น้ำนั้น ต้องรักษาความชื้นระหว่างผิวน้ำภายในแก้วกับตัวอย่างให้มีช่องว่างของอากาศ เพื่อให้ความดันไอน้ำภายในแก้วมีความมั่นคง
จุดสำคัญในการดำเนินการ
การกำหนดความน่าเชื่อถือของข้อมูลมีห้าประเด็นสำคัญ: ① การปรับสภาพตัวอย่างก่อนทดสอบ – ต้องให้ตัวอย่างอยู่ในสภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่เหมาะสมก่อนการทดสอบ เพื่อลดความแตกต่างของความชื้นภายในวัสดุ; ② การปิดผนึกขอบตัวอย่าง – ต้องใช้การปิดผนึกด้วยวาสลีนหรือการใช้แฟลตเพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำฝนจากด้านข้าง ซึ่งเป็นสาเหตุใหญ่ของความคลาดเคลื่อน; ③ ความแม่นยำในการชั่งน้ำหนัก – เครื่องชั่งต้องมีความแม่นยำถึงระดับ 0.1 มิลลิกรัม หากการเพิ่มน้ำหนักน้อยเกินไป จะทำให้เสียงจากเครื่องชั่งกลบข้อมูลที่ได้; ④ ช่วงเวลาการชั่งน้ำหนัก – ต้องทำให้การเพิ่ม/ลดน้ำหนักเกิดขึ้นในช่วงที่เครื่องชั่งมีความเสถียร และช่วงเวลาการชั่งน้ำหนักแต่ละครั้งควรจะสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้; ⑤ ความเร็วลมในกล่องสภาพแวดล้อม – ความเร็วลมมีผลต่อความหนาของชั้นพื้นผิวของตัวอย่าง ต้องกำหนดค่าไว้ตามมาตรฐาน ASTM E96 ภาคผนวก X1 ระบุถึงการรวมกันของอุณหภูมิและความชื้น 5 รูปแบบที่ใช้กันทั่วไป และต้องระบุเงื่อนไขที่ใช้ในการรายงานผลการทดสอบไว้อย่างชัดเจน.
ข้อจำกัดและการแบ่งหน้าที่ของวิธีการใช้เครื่องมือต่างๆ
ISO 2528:2017 ระบุไว้อย่างชัดเจนว่า เมื่ออัตราการผ่านของสารต่ำกว่า 1 กรัมต่อตารางเมตรต่อ 24 ชั่วโมง หรือเมื่อความหนาของตัวอย่างมากกว่า 3 มิลลิเมตร การใช้วิธีการทดสอบแบบถ้วยก็ไม่เหมาะสมอีกต่อไป ควรเปลี่ยนมาใช้มาตรฐาน ISO 9932 สำหรับวัสดุที่มีความต้านทานสูงมาก วิธีการทดสอบด้วยเครื่องมือเช่นวิธีการตรวจสอบด้วยรังสีอินฟราเรด (ASTM F1249, ISO 15106-2) มีช่วงการวัดประมาณ 0.05–50 วิธีการตรวจสอบด้วยเซ็นเซอร์ไอออนิก (ISO 15106-3, ASTM F3299) มีความไวสูงสุด แม้ว่าจะเป็นเช่นนั้น แต่วิธีการชั่งน้ำหนักยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบและการปรับเทียบเครื่องมือ โดยวิธีนี้จะชั่งน้ำหนักโดยตรง โดยไม่ต้องพึ่งพากระบวนการส่งสัญญาณจากเซ็นเซอร์ใดๆ
แหล่งที่มาของข้อมูล
- ASTM E96/E96M-24a วิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการวัดอัตราการแพร่ของไอน้ำในวัสดุต่างๆ ASTM International, ปี 2024
- ISO 2528:2017 วัสดุกระดาษ – วิธีการหาอัตราการนำความชื้นผ่านวัสดุกระดาษ – วิธีการวัดโดยใช้วิธีการวัดปริมาณน้ำหนักของวัสดุกระดาษ, ISO/TC 6/SC 2
- ISO 9932 กระดาษและแผ่นพลาสติก – วิธีการหาอัตราการนำน้ำยุงเข้ามาในวัสดุแผ่น – วิธีการใช้แก๊สแบบไดนามิกและแบบคงที่ สำหรับกรณีที่อัตราการนำน้ำยุงเข้ามานั้นต่ำ และวัสดุมีความหนามาก
- ASTM F1249 และ ISO 15106-3 เป็นมาตรฐานสำหรับวิธีการทดสอบด้วยคลื่นอินฟราเรดและวิธีการทดสอบแบบไอออนิก
