Phương pháp cốc trọng lượng là “phương pháp mẹ” của phép thử WVTR: mẫu thử được hàn kín trên miệng cốc thấm hơi chứa chất hút ẩm hoặc nước, cả cốc đặt trong buồng khí hậu được kiểm soát, sự tăng hoặc giảm khối lượng của cốc được cân định kỳ trên cân phân tích; độ dốc của đường cong khối lượng–thời gian cho ra tốc độ truyền qua, đơn vị g/(m²·24h). Mọi phương pháp thiết bị (hồng ngoại, điện phân) đều phải quy chiếu được về nó.
Hình dung: phương pháp giảm trọng giống như đặt một cốc nước vào sa mạc và cân mỗi ngày — xem nó “gầy” nhanh thế nào; phương pháp tăng trọng giống như đặt một cốc chất hút ẩm vào phòng xông hơi — xem nó “tăng cân” nhanh thế nào. Hai chiều ngược nhau, cùng một câu hỏi: màng này mỗi ngày cho bao nhiêu hơi nước đi qua.
Định nghĩa trong tiêu chuẩn
ASTM E96/E96M-24a quy định hai phương pháp cơ bản: phương pháp chất hút ẩm (cốc khô), trong đó chất hút ẩm giữ phía trong cốc gần như khô và cốc tăng khối lượng khi hơi nước đi vào từ bên ngoài; và phương pháp nước (cốc ướt), trong đó nước trong cốc duy trì độ ẩm tương đối gần 100% và cốc giảm khối lượng khi hơi nước thoát ra. ISO 2528:2017 quy định phương pháp đĩa (dish) trọng lượng tương ứng cho vật liệu tấm.
Chọn tăng trọng hay giảm trọng
Chìa khóa là hướng dòng hơi và độ lớn của gradient. Ở phương pháp tăng trọng, RH phía trong gần 0%, nên khi bên ngoài là 90% RH thì gradient là cực đại — tốt nhất cho vật liệu cản cao, truyền chậm, nơi lượng tăng tuy nhỏ nhưng ổn định về hướng. Phương pháp giảm trọng giữ phía trong gần 100% RH, gần hơn với hướng thấm thực tế khi nội dung là dung dịch nước (siro, nước sốt, dung dịch) — phù hợp với vật liệu truyền trung bình đến cao. Lưu ý chất hút ẩm sẽ bão hòa: phải thay hoặc kết thúc thí nghiệm trước khi đạt giới hạn hút nước; với phương pháp nước, hãy giữ khoảng khí giữa mặt nước và mẫu thử để áp suất hơi trong cốc ổn định.
Các điểm vận hành then chốt
Năm yếu tố quyết định độ tin cậy của dữ liệu: ① điều kiện hóa mẫu — cân bằng mẫu ở khí hậu thử đủ lâu để xóa bỏ gradient ẩm sẵn có trong vật liệu; ② kín mép — hàn sáp hoặc kẹp mặt bích phải buộc hơi nước chỉ đi qua “mặt chính”, rò rỉ mép là nguồn sai số lớn nhất; ③ độ chính xác cân — cần cân 0,1 mg, nếu không lượng tăng nhỏ sẽ chìm trong nhiễu của cân; ④ chu kỳ cân — giữ lượng tăng/giảm lũy kế trong vùng tuyến tính tốt của cân và rút ngắn thời gian cốc ra khỏi buồng; ⑤ tốc độ gió trong buồng — tốc độ dòng khí thay đổi lớp biên ở bề mặt mẫu và phải cố định theo tiêu chuẩn. Phụ lục X1 của ASTM E96 liệt kê năm tổ hợp điều kiện A–E, và điều kiện sử dụng phải được ghi trong báo cáo.
Giới hạn và vai trò của phương pháp thiết bị
ISO 2528:2017 nêu rõ: khi tốc độ truyền qua dự kiến dưới 1 g/(m²·24h) hoặc mẫu dày hơn 3 mm, phương pháp đĩa không còn phù hợp — chuyển sang ISO 9932; các dải siêu cản thấp hơn cần phương pháp thiết bị — phương pháp cảm biến hồng ngoại điều biến (ASTM F1249, ISO 15106-2) phủ khoảng 0,05–50, và phương pháp cảm biến điện phân (ISO 15106-3, ASTM F3299) có độ nhạy cao nhất. Dù vậy, phương pháp trọng lượng vẫn là nền tảng của kiểm định trọng tài và hiệu chuẩn thiết bị: nó cân trực tiếp khối lượng, không qua bất kỳ chuỗi truyền cảm biến nào.
Tài liệu tham khảo
- ASTM E96/E96M-24a, Standard Test Methods for Gravimetric Determination of Water Vapor Transmission Rate of Materials, ASTM International, 2024.
- 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, phương pháp thay thế cho dải thấp và mẫu dày.
- ASTM F1249 và ISO 15106-3, phương pháp thiết bị hồng ngoại và điện phân.
