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1、ASTME96材料透湿性能标准测试1.前言 1.1此测试方法用于测定材料的水汽传递(WVT)，这些材料的水汽传递也许很重要，比如纸、塑料薄膜、片状材料、纤维板、石膏和灰泥制品、木制品和塑料。测试要求样品厚度不超过1.25英寸(32mm)(第9部分的例外).测试渗透可用两种方法(干燥剂方法和水杯法)。不同之处在于使用条件，一种是一面湿，另一种是一面湿，另一面湿度高。不同方法得到的结果也许不同。选择的测试方法应尽量接近实际的条件。 1.2数值单位以英制为标准。在本文里,国际计量单位显示在括号里. 在每个单位系统里数值不是确切相等的,因此,每个数值单位系统要单独使用.标准里从两个单位系统里得出的数值

2、结果不是一致的,然而使用适当的换算系数可以从一个单位系统的数值换算成另一种单位数值.(见表1) 1.3 此标准不提倡列出使用中所的安全问题，如果有的话，此标准的使用者有责任列出实际相关的安全和健康问题，并在使用该标准前决定常规的应用限制。2.参考文献 2.1ASTM标准: C168 关于热绝缘材料的术语 D449 用于防湿防水的沥青规格 D2301 敏压绝缘聚氯乙烯电胶带的规格 E691 引起不同实验间同一测试的精密度的研究实践 表1 公制单位换算系数A ，B单位换算系数(相乘)公制（同一测试条件）g/h.m2grains/h.ft2WVT1.430.697grains/h.ft2g/h.m2

3、g/Pa.s.m21 Perm(英制单位)透湿度1.75X1075.72X108 Perm(英制单位)g/Pa.s.m2g/Pa.s.m1 Perm inch透湿率6.88X10101.45X10-91 Perm inchg/Pa.s.mA以上单位换算用于建筑业中。其它单位可用于其它标准中。B所有的mmHg到Pa转换数据均是在0情况下进行。3 .术语 3.1 用于此标准的定义见术语C168，引用如下： 水汽渗透-在特定的温湿度条件下，由于两个不同的表面间的单位汽压压差引起透过单位厚度、单位面积的平面材料的水汽传递的时间速率。3.1.1 讨论- 渗透量是材料的性质,但当人的身体被当成材料时,也可

4、以使用该术语.渗透量是渗透性和厚度的综合结果. 水汽渗透性-在特定的温湿度条件下，由于两个不同的表面间的单位汽压压差引起透过单位面积的平面材料或建筑的水汽传递的时间速率。3.1.2 讨论-渗透性是材料的性能评价而非品质评价. 3.2 水汽传递率-在每个表面的温湿度一定的条件下,单位时间内恒定的水汽流通过单位面积的身体(相当于特殊的平行表面)。4.测试原理 4.1使用干燥剂法时，试样被封在装有干燥剂的测试杯开口上,组成体并放入受控的环境内，周期性对组成体称重并计算水汽穿透试样进入干燥剂的速度。 4.2使用水杯法时，测试杯中装的是蒸馏水。周期性称重并计算水汽穿透试样进入控制环境中的速度。 两种测试

5、方法中，汽压差名义上是相同的， 不同之处在于对立面的湿度.5.意义和使用 5.1此测试方法的目的是通过简单的仪器在适合的单位下得到渗透或半渗透材料的水汽传递的准确数值，并用于设计、制造和市场上。在某实验条件下得到的透湿度并不能代表所有不同测试条件得到的数值。因此测试条件的选择需尽量接近于实用，并在报告中注明。在附录X1中 列举了诸多组可使用的测试条件。6.仪器 6.1测试杯-测试杯的材料必须耐腐蚀、不透水和水汽，可为任何形状，质地较轻。大且浅的测试杯为最好，但尺寸和重量应控制在能让分析天平称量出其 重量的变化。测试杯开口至少3000mm2(4.65in.2)。干燥剂或是水的面积不应小于测试杯的

6、口径,使用格栅时，如12.1中所示，其有效面积不可超过杯口面积的10%。沿着口径外边固定样品，有利于防止试样收缩和起皱。当试样面积超过杯口时，重叠杯口边缘的试样会带来测试误差，尤其是厚的试样。重叠杯口边缘的试样应按10.1中所示模板遮住试样,因此口径的大小决定了测试面积的大小。因为产生了更多的透汽量，重叠的材料会产生正的误差。误差的大小是厚度、边宽、口径、透湿性的复杂函数。对此JOY和WILSON已做出相关讨论。此类误差应控制在10到12%内。 厚质材料: 测试杯口径（方形或圆形杯) 测试杯外缘宽度254mm(10in.) 19mm(0.75in.)127mm(5in.) 3mm(1/8in.

7、)76mm(3in.) 2.8mm(0.11in.)用中间插值法或根据JOY和WILSON（1）的理论计算出允许的边值，可以沿着边加环，如果使用环，环高则不应超过样品厚度加上1/4in（6mm）。干燥剂法和水法的透湿盘深度可以不同，但低于杯口3/4in.(19mm)的深度对二者均适用.6.2测试室-一个可控制温度(见注1)和相对湿度的实验室或箱体，测试时将透湿盘放入其中。附录X1中给出了一些标准的测试条件。温度的选择将根据测试材料的实用性来决定(见附录X1),相对湿度保持在502%，除非要求使用极大(小)的相对湿度。如果要求温度381(1001.8oF)和相对湿度902%时,温湿度都应经常测量

8、,或者更好是进行连续记录.箱内空气连续循环流动,流过试样上方的风速为0.0661ft/S(0.020.3m/s),箱体内要有适当的架子以便放置透湿盘. 注1-仅用加热就能简单控制温度在32(90oF)。然而进入受控空间安放试样时,温度最好舒适,因此,使用的温度为23(73.4oF)或26.7(80oF)。循环控制时,平衡的试验温度来自于大量干燥沙子中的热敏仪.面对着水面上的试样时,箱体温度不应比水温低,以避免水汽在试样上冷凝. 6.3天平和称量 在稳定状态时,天平的感量应小于重量变化的1%,平衡状态时,称重必须精确到重量的1%(见 注2 )。在天平中用轻质金属吊环取代称重托盘以适应更大或更重的

9、称重需求。6.4 厚度测量仪-精确度为测量的样品厚度值的1%或者最小读数为0.0001in.(0.0025mm)的厚度测量仪.注2-例如:1-perm(57ng.Pa-1s-1m-2)边长254mm(in.)正方形的试样在26.7(80oF)下透湿量为8.6grains或0.56g/天。在18天稳定状态中，透湿水汽10g。因此，天平必须有称出10g的1%即0.1g的灵敏度，称重必须精确到0.1g，但是，当天平灵敏度为0.2g而称重精确度小于0.2g时,可继续保持稳定状态到36天再称重,同样可达到测试需求。当试验组件盘不十分重时,更灵敏的分析天平对低于1 perm透过系数(57ng.Pa-1s-

10、1m-2)的试样能更快地得到测试结果.7.材料 7.1干燥剂和水 7.1.1干燥剂法中，使用可通过NO.82.36mm(0.1in.)到NO.30600m筛网的无水CaCl2(注3)。使用前需在200(400oF)的烘箱内烘干。 注3-如果CaCl2会在试样上发生化学反应，可选用能在200(400oF)激活的硅胶代替。但测试中吸收湿气需控制在4%。7.1.2水法中测试杯使用蒸馏水。 7.2密封剂-用于将试样密封在测试杯上.它必须具有优良的耐水汽(和水)性能。且在测试期间，重量不会增减,因为重量变化天于2%就会影响试验结果.密封蜡不应影响装了水的透湿盘的汽压.当透湿度低于4perm(230ng.

11、 m-2. s-1.Pa-1)时，需用熔融沥青或蜡做密封剂。关于密封剂的讨论参见附录X2。8.制样 8.1制样需按照标准取样方法和测试方法进行。样品厚度要均匀一致。如果样品结构不对称,用明显的记号来区别两个表面(例如:涂层样品涂层面用“I”来表示，未涂层的一面用“II”来表示)。9试样 9.1测试的试样需具有代表性，当材料只设计成用于一种方向透汽时，在设计透汽方向上用同一测试方法测试3块样品。如果成品各面不能区别鉴定，用同一测试方法测试3块样品。如果成品的各面均不相同，且均会与水汽源接触，同一测试方法测试4块样品，每一方向分别测试2片透湿性，并记录。 9.2片材(如有天然”皮肤”的泡沫塑料)应

12、测试使用厚度.相应地,片材可分为二层或更多层时,分别对各层测试并报结果按9.4。且测试中置于测试杯边缘的材料(6.1)不可超过3mm(1/8in.)。 9.3如果材料表面为凹凸不平或者有纹理，按实际使用厚度测试；但如果材料是匀质的，可切成薄层按9.4测试。 9.4在9.2或者9.3两种情况下,测试件全部厚度(如果小于实际使用中的厚度),应为两面最大凹坑深度和的五倍,测试的透湿性应小于5perms(约等于300 ng. m-2. s-1.Pa-1).9.5 对于厚度超过0.5in.均质的材料(不是层压的),每片试样需对其每一象限的中心分别测试厚度取平均值,精确到记录值的1% .9.6 当测试的任

13、一材料的透汽性小于0.05perms(3 ng. m-2. s-1.Pa-1)透过系数时,或通过测试可能增重或失重(因氧化作用或汽化作用)的低透湿性的材料,推荐应象其它测试一样精确测试另一样品或“试样模型”(但透湿盘中不放干燥剂和水),如果不采用试样模型来明确修正透湿盘重量,则可能会极大地增加整个试验所需的时间.由于达到透湿平衡的时间增加为厚度的平方,特别是吸湿的厚材料可能要长达60天才能达到平衡状态.10. 试样安装到测试盘 10.1 将试样封装(如果需要把它夹紧)到透湿盘上,这样透湿盘的口径就决定了试样承受透湿盘内水汽的面积.如果必要,将置于受控环境中试样的上表面罩上,这种安置显示了透湿杯

14、口的形状和大小,试样直接置于透湿盘上.推荐使用卡板安装罩子.彻底密封试样边缘,防止水汽沿着试样边缘的任何部分进入或逸出.这也同样适用于试样外表面规定范围的任何部分.建议安装的方法见附录X2.注4:为了减少测试体放在测试室内,水杯中的水在试样面上冷凝的风险,准备试样之前，水的温度就应保持在测试温度的1(2oF)。11.干燥剂法的测试步骤 11.1 在测试杯中装入干燥剂至试样面6mm(0.25in.)，并留取足够的空间，每次称重前摇晃测试杯混匀干燥剂。 11.2将试样安装在测试杯(见10.1)上，把它放入受控的实验箱体内，试样向上,立刻称重(这个重量有利于了解试样的最初的回潮)。 11.3定时称重

15、测试杯,取够8组到10组数据。一个数据点是测试组件特定的时间的重量,称重时间要记录,精确到两次连续称重之间的时间段的1%。因此,如果每小时称重一次，记录时间到最近的30S；每天称重一次，时间记录要到最近的15分钟。刚开始，重量变化较大，一段时间后会达到变化率为常数的稳定状态。称重必须在不离开控制条件下进行，如果必须离开测试条件，试样置于不同条件、温度和相对湿度的时间应尽量小。当测出的水汽渗透结果小于0.05 perm(3 ng. m-2. s-1.Pa-1)透过系数时,应推荐使用试样模型.这种试样模型可依照正常试验条件安装在空的透湿盘上.由于大气压的波动影响温度和浮力变化能够求出重量的算术值.

16、这个预防措施能更快更可靠地达到平衡状态.分析结果见13.1.11.4 结束试验或调换干燥剂时,当干燥剂的吸湿量超过其原重的10%,此限定需经判断才能准确确定,当试样的含湿量变化时,干燥剂的增重或许会高于或低于透湿盘的增重.注5-某些材料的WVT(特别是木材)可能取决于测试前的周围环境的相对湿度。 如果测试前相对湿度比测试时的相对湿度要大，生成较高WVT值会明显滞后，反之亦然。因此建议木质材料或造纸在测试前放置在50%相对湿度环境中稳定重量， 某些试样应预调湿以减少试样释放到干燥剂的湿气.当试样含湿可能很高或在水汽进入面有涂层时,必须预调湿. 12.水法实验步骤 12.1 将透湿盘中装入蒸馏水,

17、距离试样3/41/4in.(196mm),应该留有一个小的拒水汽的空间,但必须保证处理透湿盘时水不接触到试样.若有接触,会导致某些材料(如纸,木头)或其它亲水性材料的试验无效.水的高度不低于1/8in.(3mm),保证实验过程中水要覆盖满标底.然而如果透湿盘的材质是玻璃,在任何时候都应看到其底部的水,并不需要特别指定水的深度. 水面上放上轻质耐腐蚀材料制成的格栅会减少水的波动。格栅距离试样6mm(0.25in.)且占据水面的面积不超过10%(注5)。 注6-水法中，建议装配透湿盘组件前对空测试杯焙烧并用密封剂涂布杯外缘。通常在试样安装上去后,通过杯上一高于水面且可密封的孔向内注水。 12.2将

18、试样安装于透湿盘上(见10.1)。某些材料在测试中会收缩或破坏密封，试样可预先通过预调湿,并在盘沿夹紧(如果有盘沿的话)可以降低这一风险。 12.3称重测试杯,将其放入于绝对水平面之上的测试室中，然后按11.3步骤进行。如果试样表面受温度变化易收缩，透湿盘组件接触的温度变化不可超过测试温度的2.8(50oF),用此来降低试样收缩的风险.当预见水汽传递的结果小于0.05 perm(3 ng .Pa-1. s-1 .m-2)透过系数时,推荐使用“试样模型”.这一模型可在正常状态下安装在空的透湿盘上,温度和浮力的变化导致大气压的波动,其对环境的影响通过算术平均能从重量值中排除.这个预防措施能更快更可

19、靠地实现温湿度平衡结果分析见13.1. 12.4 使用中当水直接与防水层接触时,如11.3操作(透湿盘置于相反的位置除外).透湿盘必须足够水平,水覆盖试样的内表面,排除由于水的重要导致的任何的试样变形.试样渗透性暠时,放好透湿盘很重要,但试样的潮湿表面不覆盖水的时间应尽量短.13.结果计算和分析 13.1水汽传递率的结果可用图表显示或数值表示. 13.1.1 如果应用试样模型来纠正由于温度或大气压而产生的试验条件的变化.每日记录的重量必须通过计算与最初称重时重量的差异来进行调整.可倒转试样模型重量与最初重量相比变化的方向来进行调整,同时修正所有相关试样的称重记录.这样能更快地实现平衡.另外可用

20、的步骤(特别是用于长时间测试,超过6次称重时)用于从一相似试样的重量变化率的算术平均斜率中减去试样模型变化率的算术平均斜率.当测试中由于焙烘,试样重量发生变化时,这些步骤同样有效. 13.1.2 图表分析-作重量(可使用试样模型进行修正)与所用时间的图表,可做出一曲线,其趋于直线.描绘此图有需要多个数据点.当一直线充分满足图表上至少6个相应的空间点(定期称重,重量的变化满足或超过精度的100倍的20%)就确定了名义上的稳定状态.直线的斜率就是水汽传递率）. 13.1.3 数值分析-重量(可使用试样模型进行修正)的最小平方回归分析,作为一个时间的函数将得出水汽传递率,确定置信区间后也能计算出这个

21、速率的一个不确定的或标准的离散.对于渗透性极低的材料,用这种方法使用精度为1mg的分析天平得出结果需要30到60天,甚至重要变化不满足如6.3中精度要求的100倍.这种情况的试样分析在报告中应详尽指出.13.2 如下所述计算水汽传递WVT和渗透性13.2.1 水汽传递 WVT=G/tA=(G/t)/A 这里: 英制单位 G=重量变化值(斜线处)，grains(格令)； t=G相对应的时间，h(小时)； G/t=斜线的斜率，grains/h； A=测试面积(盘开口面积)，ft2(平方英尺)； WVT=水汽传递率(透湿率)，grains/hft2；公制单位 G=重量变化值(斜线处)，g； t=时间

22、，h； G/t=斜线的斜率，g/h； A=测试面积（杯口面积），m2； WVT=水汽传递率(透湿率)，g/h.m2； 13.2.2 渗透性 渗透性=WVT/p=WVT/S(R1-R2) 这里: 英制单位 p =水汽压差，英寸Hg； S=测试温度下的饱和水汽压力，英寸Hg； R1=干燥剂法中测试室的相对湿度,水杯法中的杯内的相对湿度,分数; R2=气压下降时的相对湿度(分数形式)。 公制单位 P=水汽压差，Pa(用测试的mmHg乘以1.333X102)； S=测试温度下的饱和水汽压力，Pa(用测试的mmHg乘以1.333X102)； R1=干燥剂法中测试室的相对湿度,水杯法中的杯内的相对湿度,分

23、数; R2=气压下降时的相对湿度(分数形式)。 13.2.3在实验箱中,相对温湿度是试验中实测的平均值及(除非未连续记录)这些测量应同称重测量一样频繁.透湿盘中的相对湿度:干燥剂法为0%,水法为100%,当所要求的环境保持不变时(Ca2CL中的含湿量不超过10%;水法中水上的空间不多于1in(25mm).低于4 perm(230 ng. m-2. s-1.Pa-1 )透过系数的试样这些值通常与实际相对湿度不超过3%的相对湿度. 13.3只有测试材料是同质(非层压型)且厚度不低于12.5mm(0.50in.)时，按以下公式计算 平均透湿量=透湿性X厚度 （3）13.4 修正-对于渗透值超过2-p

24、erm（114 ng .Pa-1.s-1.m-2)的所有测试结果来说应用所有的修正是很重要的. 对于渗透值小于2-perm（114 ng .Pa-1.s-1.m-2)的所有测试结果来说修正可以忽略,且不需要修正.在下面的总结概述的参考文献(2,3,4,5)里,提出了各种不同的修正程序.13.4.1浮力修正-在一套测试里要进行为期许多天或星期的时间.在这段时期里大气压可能明显地变生了变化,如果试样是高度的拒水汽的,通过外在的测定重量的变化,由于水汽的传递对质量的变化影响可能是被遮蔽的.所有的测定重量的数据将要在真空状态里或者是任何基于的线性压力下进行修正.以下等式(2)用来进行浮力修正. m2/

25、m1=1+a(1-2)/ 1(2-a) (4)这里:m1 =天平记录的质量, kg;m2 =浮力修正后的质量, kg;a =空气密度, kg m-3;1 = 平衡重量后材料的密度, kg m-3;2 =测试组合体的体积密度, kg m-3.13.4.1.1 利用理想气体测定大气压和温度可以计算空气的密度.13.4.1.2 测定的质量变化范围在0100mg时,浮力修正是很重要（6）的.13.4.2 由于空气层和试样表面的阻抗的修正-在常规条件下,如果材料是高透湿的,在知道空气层在杯口的厚度,这些修正是很重要的.根据下列等式(3)可以计算出空气层相应的拒水汽率. a =2.306*10-5PO/R

26、VTP(T/273.15)1.81 (5)这里:a =空气层的渗透率,kg.m-1. s-1. Pa-1;T =温度,K;P =大气压, Pa;PO =标准大气压,为101325 Pa;RV =水的理想汽化能常数,为461.5J.K-1.kg-113.4.2.1 在缺乏的测量的数据里，试样表面的阻抗湿率（就是试样的内表面与外表面）可能接近LEWI的关系式（4）。在以下标准的杯法测试里，整个试样表面的的拒水汽率（HANSEN 和 LUND （5）约等于4*107. Pa.s. m2.Kg-113.4.3 罩子边缘的修正-由于罩子边缘的影响,以下等式是(JOY和WILSON (1)修正额外的WVT

27、结果: 额外的WVT%=400t/s1 l0ge(2/(1+e-(2b/t) (6)这里:t =样品厚度, m;b =罩子的边缘宽度, m;S1 =4*测试的面积/周长, m;13.4.3.1 如果测试组合体包含了罩子的边缘,要按以上进行修正.13.5 公制单位和换算系数已在表1给出.13.6举例(英制单位)-以下结果记录了1个中等密度的绝缘玻璃纤维样品用干燥剂法测试结果:样品的厚度 =25.81mm;测试面积 =0.01642m2;试样的质量 =20.44g;干燥剂的质量 =554.8g;测试装配组合体最初的质量 =1.257810kg杯口空气层的厚度 =15mm延续时间 h测试组合体质量

28、g质量变化量 g实验箱内温度 实验箱内湿度 %大气压力 mmHg (kPa) 0.0001257.8100.00022.8352.60744.7 (99.27)6.0671259.4691.65922.8452.6741.11(98.79)26.6331264.6096.79922.7852.2744.41(99.23)53.1501271.06213.25222.8252.1743.21(99.07)143.7671290.77332.96322.7452.2757.69(101.00)168.2831296.38938.57922.7852.1749.81(99.95)192.883130

29、1.95344.14322.7852.1758.44(101.10)13.6.1m1 =天平称重记录的重量,kg=1257.810*10-3kg;P =大气压, Pa=99.27*103Pa;R =干燥空气的热能常数=287.055J/(kg.K)T =实验箱温度=22.83+273.15=295.98KPa =空气密度,kgm-3=P/(RT)=1.1684kgm-3P1 =平衡重量后材料的密度,kgm-3=8000 kgm-3h1 =测试装配组合体的高度,m=44.7*10-3md1 =测试装配组合体的直径,m=168.0*10-3mP2 =测试装配组合体的体织密度, kgm-3 =4*m

30、1/(d12*h1)=1269.4 kgm-3m2 =浮力修正后的质量=1258.78*10-3kg13.6.213.6.30.002g/h,同时线性回归系数为0.998. WVT=0.225g/h/0.01642m2 =19.595grains.h-1.ft(3.81*106ng.m-2.s-1) S=2775.6Pa R1=0.523R2=0透湿度=3.81*106ng.m-2.s-1/(2775.6Pa*0.523) =2630 ng.m-2.s-1.Pa-113.6.4 空气层和试样表面拒水汽率的修正: 空气层的透湿率(等式5) =a=(2.306*10*5101325)/(461.5

31、*(22.79+273.15)*99860)/ (22.79+273.15)/273.151.81=198 ng.m-2.s-1.Pa-115mm空气层的透湿量=(198)/(0.015) ng.m-2.s-1.Pa-1=13200 ng.m-2.s-1.Pa-1因此,这个15mm空气层产生了一个拒水汽率=1/(13200) m2.s.Pa. ng-17.6*107 m2.s.Pa.kg-1试样表面拒水汽率(见13.4.2)4.0*107 m2.s.Pa.kg-1由于空气层和试样表面的拒水汽总的修正 =(7.6*107+4.0*107) m2.s.Pa.kg-113.6.5 罩子边缘的修正-测试装配组合体没有使用包含边缘的罩子.然而,如果包含了有5mm t=试样