范珺（濟南蘭光機電技術有限公司）

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三種橡膠透水性測試方法對比與分析

范珺
（濟南蘭光機電技術有限公司）

摘要：當橡膠材料作為密封和防護材料實際應用時，其阻水性即對水蒸氣和液態(tài)水的阻隔性影響極大。目前，橡膠阻水性的測試多采用三種方法，囊括了水蒸氣的滲透測試和液態(tài)水的滲透測試，針對性強，覆蓋面廣，操作簡單，對橡膠材料的性能控制和改進具有較強的指導意義。

關鍵詞：橡膠、阻水性、稱重法。

橡膠是一種富有彈性的高分子化合物，在較小的外力作用下能產(chǎn)生較大的形變，外力撤銷后即恢復原狀，因而是密封、防護材料的最佳選擇之一。橡膠廣泛的應用于食品、藥品、工業(yè)的各個方面，例如以墊片、墊圈的形式出現(xiàn)在食品或藥品包裝瓶蓋處或機械設備中以起到密封、減震、緩沖的作用，或以電線電纜絕緣外殼形式作為防護材料應用于工業(yè)領域等。

橡膠的阻水性能分析

不同的使用需要，橡膠的種類和制造工藝多有不同，但企業(yè)對橡膠材料物理性能的質控項目卻是基本一致的，這點可以從我國現(xiàn)行的橡膠制品相關標準中窺見一斑。以《HGT2944-2011食品容器橡膠墊片》、《YBB00222004-2015口服制劑用硅橡膠膠塞、墊片》、《GB75943-1987電線電纜橡皮絕緣和橡皮護套》三項標準為例，物理性能指標主要集中在拉伸強度、拉斷伸長率、扯斷永久變形、硬度、老化系數(shù)前后性能變化等機械性能方面［1-3］。上述機械性能的要求最終是為了獲得良好的密封防護效果，防止外界氧氣、水蒸氣的滲入對內(nèi)容物性質產(chǎn)生影響。但筆者認為，橡膠材料良好的密封防護作用，除了與上述機械性能有關外，還取決于橡膠材料自身的阻隔性能，即對氣體、水蒸氣的阻隔。內(nèi)外因素相互配合方能達到最佳的密封效果。

橡膠材料的阻水性，是針對特定滲透對象而言，通常包括水蒸氣和液態(tài)水，指的是橡膠材料對滲透對象從高濃度側滲透通過材料進入低濃度側的阻隔性能。整個滲透過程可以分為吸附、溶解、擴散、解析幾個部分，高濃度側的水分子吸附在材料表面，溶解進入材料中在其內(nèi)部進行擴散，繼而從低濃度側解析出來，整個過程如圖1。整個滲透過程進行的快慢由兩個因素決定，一是水分子在橡膠材料里滲透溶解的快慢，由溶解度參數(shù)表示；二是水分子在橡膠基體內(nèi)移動的快慢，由擴散系數(shù)表示。不同種類、加工工藝、不同厚度的橡膠材料，其對水分子的溶解度系數(shù)和擴散系數(shù)往往大有差異。因此，獲得準確的橡膠材料對水分子的透過率是把握橡膠阻水性的最直接方法。

圖1　橡膠水分子滲透示意圖

橡膠的阻水性能測試方法介紹

在實際應用中，水分子對橡膠材料的滲透影響是非常大的。當橡膠作為電線電纜絕緣材料的包覆制品時，要具有較強的抗?jié)B水性和較低的水蒸氣滲透性，否則水分子將嚴重損壞其電氣性能；用于包裝容器的密封材料時，更對水蒸氣的滲透率有著嚴苛的要求，以避免水分過多引起內(nèi)容物變質。在目前的橡膠材料標準體系中，尚無明確的橡膠阻水性測試方法規(guī)定，采用最多的主要有三種方法：《GB/T 1037 塑料材料和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》、《ASTM E96 Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials》（譯：材料的水蒸氣滲透性標準試驗方法）、以及《ISO 1420-2001 Rubber-or plastics-coated fabrics - Determination of resistance to penetration》（譯：橡膠或塑料涂覆織物.耐水滲透性測定）。前二者側重于材料的水蒸氣滲透，而后者更集中在材料在一定水壓下的滲透性的研究上，三者在測試方法上既有相似性又存在差異，需根據(jù)實際測試需要差別選擇。

方法一： GB/T 1037-88

該試驗方法基于“在規(guī)定溫度、相對濕度條件下，試樣兩側保持一定的水蒸氣壓差，測量透過試樣的水蒸氣量，計算水蒸氣透過量和透過系數(shù)”的原理，通過稱重裝有干燥劑的透濕杯增加的質量來計算材料的透水蒸氣性，因而得名“增重法”，又稱“干燥劑法”。具體方法為：將干燥劑放入清潔的透濕杯皿中至據(jù)試樣表面約3mm為宜。將杯皿放入透濕杯中，再置入杯臺上，將試樣放在杯子正中，加上杯環(huán)和壓蓋，蠟封。將封好的透濕杯進行稱量，放入23±0.6℃，相對濕度90±2％的恒溫恒濕箱內(nèi)，16h后取出稱量。再將透濕杯重新放入恒溫恒濕箱內(nèi)，間隔24h，48h和96h再次稱重，直至相鄰兩次質量增量相差不大于5％時，結束試驗。需要注意的是，每次稱量時，透濕杯的先后順序一致，稱后輕微震動杯體使其中干燥劑混合均勻，干燥劑的吸濕總量不能超過10％，否則影響測試結果。

這一標準修訂于1988年，重點突出了各個透視性能參數(shù)的定義以及測試原理，但在實際操作中蠟封的方法操作難度大，密封效果不甚理想。標準中規(guī)定的相對濕度過于單一，不利于非標條件的透濕測試。

方法二：ASTM E96-2012

ASTM E96制定于1953年，至今歷史最久的透濕性測試方法標準。該方法相對與于第一種，最大的不同在于其同時包括了增重法和減重法兩種測試方法。減重法（即水蒸氣法）將增重法試驗過程中高低濕側相互置換，在透濕杯皿中放入蒸餾水，使試樣朝向杯內(nèi)的一側保持高濕，另一側保持干燥，通過稱重透濕杯減少的質量來測定水蒸氣透過試樣材料的透過率，如圖2。ASTM E96標準認定這兩種測試方法皆為基本試驗方法，試驗結果存在差異是必然的，沒有可比性，在實際測試時應該按照材料的實際應用環(huán)境選擇采用哪一種方法。

圖2　減重法水蒸氣透過率測試

筆者搜集了4種同厚度的橡膠片材，命名為1#硅膠、2#乙丙橡膠、3#丁基橡膠、4#氯丁橡膠。借助濟南蘭光包裝安全檢測中心的W3/0120水蒸氣透過性測試儀，在相同的溫度、濕度條件下，采用ASTM E96的減重法分別對上述試樣進行水蒸氣透過量檢測，結果如表1。

表1　4種橡膠材料的水蒸氣透過率

從試驗數(shù)據(jù)看，1#硅膠的水蒸氣阻隔性最差，2#乙丙橡膠和3#丁基橡膠最優(yōu)，其水蒸氣透過率是硅膠的1.86％和1.24％。4#氯丁橡膠的阻濕性處于中間階段。以此為參考，對水蒸氣比較敏感的產(chǎn)品建議采用2#或3#橡膠材料進行密封或防護，而硅膠可以應用于對橡膠產(chǎn)品阻水性能要求不高的產(chǎn)品上。

方法三：ISO 1420-2001

此項標準提供給了一種在固定時間周期內(nèi)對橡膠材料施加靜水壓時，橡膠材料抗?jié)B水性的測試方法，較方法一和二更偏重于液態(tài)水的阻隔性測試。試驗儀器由一個帶試樣夾持裝置的敞口容器和壓力計組成。敞口容器上部試樣的測試面積為100cm2，底部設計一個進水口，容器上方有一個孔徑周長不大于3cm，由直徑為0.1cm～0.12cm的金屬絲制成，用于防止試樣變形的金屬網(wǎng)。打開進水閥，注入水流直至溢出為止，將試樣測試面朝下夾持在容器上，裝上金屬網(wǎng)。再次打開進水閥使容器中的壓力在1min±10s內(nèi)加壓至規(guī)定壓力值（此值應≤30kPa），調節(jié)進水閥保持此壓力2min±10s。觀察試樣暴露在空氣中的部分是否有滲水點。按此試驗五個試樣，若均未出現(xiàn)水滲透點，即試樣材料通過測試。除此之外，也可照此法測定橡膠材料的最終靜水壓值，以一定的速率持續(xù)增壓，直到試樣出現(xiàn)水滲透點為止，記錄此時的靜水壓值，最終取五個試樣的平均值。

綜上所述，當橡膠材料作為密封和防護材料實際應用時，其阻水性的高低對水蒸氣和液態(tài)水的滲透影響有著極其重要的作用。目前，橡膠阻水性的測試多采用上述三種方法，囊括了水蒸氣的滲透測試和液態(tài)水的滲透測試，針對性強，覆蓋面廣，操作簡單，對橡膠材料的性能控制和改進具有較強的指導意義。

參考文獻

［1］HGT 2944-2011，食品容器橡膠墊片［S］.

［2］YBB00222004-2015，口服制劑用硅橡膠膠塞、墊片［S］.

［3］GB 7594 3-1987，電線電纜橡皮絕緣和橡皮護套［S］.

Comparison on Three Methods of Waterproofness Test of Rubber

Labthink Instruments Co.， Ltd. Fan Jun

Abstract：When the rubber is used as sealing and shielding material， the waterproofness i.e. barrier property against water vapor and liquid water is critical to its performance. Currently there are mainly three test methods for waterproofness test including permeation tests of water vapor and liquid water. It is easy to operate with those test methods， which are widely used in performance control and improvement of the rubber materials.

Keywords：Rubber， Waterproofness， Gravimetric Method