防水透气织物的水蒸气透过率测试方法比较与分析

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防水透气织物的水蒸气透过率测试方法比较与分析

防水透气织物的水蒸气透过率测试方法比较与分析

一、引言

防水透气织物是一类兼具防水性能与良好透湿能力的功能性纺织品  ,广泛应用于户外运动服装、医用防护服、军用装备及建筑膜材等领域 。其核心功能在于:在防止液态水渗透的同时  ,允许人体汗液以水蒸气形式向外扩散  ,从而维持穿着者的舒适性与干爽感 。衡量此类织物透湿性能的关键指标为水蒸气透过率(Water Vapor Transmission Rate, WVTR)  ,单位通常为g/(m²·24h) 。

WVTR的测式最简单的具体水平多样化  ,各种不同于的我国和位置制定方案了许多的标准采集体系  ,如我国的的GB/T、美国的的ASTM、海外的ISO并且日式的JIS等 。根据测式远离、场景状态和试板除理习惯的的差异  ,同时供试品在各种不同于的测式最简单的具体水平下可能性提升不错各种不同于的的結果 。故此  ,设备特别和研究各种类型WVTR测式最简单的具体水平的选用性、准确度性及局限于性  ,对於设备联合开发、效果控制和国际上水平互动有着重点必要性 。 小编将强调中国大陆外主流的的水气体反射光率试验图片工艺做好深入到试论  ,根据具体实施试验图片细则、仪器设备产品参数、检测的条件及实测值数据源  ,用表格中评测数据分析各工艺的系统性特性  ,并引入中国大陆外全威资料支撑论点  ,主要是为科研管理者与中小型企业系统性者带来全面性的关联性措施 。

二、水蒸气透过率的基本概念

2.1 定义与意义

水水汽互动交流率(WVTR)是说在某个摄氏度、气温和压为的条件下  ,院校時间内互动交流院校户型装修材料的水水汽品质 。其数学知识表达出来式相应:

$$
text{WVTR} = frac{Delta m}{A cdot t}
$$

这当中:
  • $Delta m$:质量变化(g)
  • $A$:试样有效面积(m²)
  • $t$:测试时间(d)
该公式简单反映出涤纶纤维调躯干微气候和的水平 。随着《纺织产品品 涤纶纤维透湿性检验措施 第2那部分:吸潮法》(GB/T 12704.1-2009)  ,当WVTR > 1000 g/(m²·24h)时  ,感觉涤纶纤维享有健康的透湿耐磨性;而压低600 g/(m²·24h)则被视为差有 。

三、主要测试方法分类

目前国际上常用的WVTR测试方法可分为两大类:吸湿法(Desiccant Method)与蒸发法(Water Method)  。前者基于干燥剂吸收水汽的原理  ,后者则利用液态水蒸发形成湿度梯度驱动水蒸气透过试样 。

方法类别 原理简述 标准代号 适用范围
吸湿法 将试样密封于装有干燥剂的透湿杯上  ,置于恒温恒湿AG贵宾厅游戏中  ,测定杯体质量增加 ASTM E96, GB/T 12704.1, ISO 2528 适用于低至中等透湿材料
蒸发法 透湿杯内盛水  ,试样覆盖杯口  ,测量因水分蒸发导致的质量减少 ASTM E96, GB/T 12704.2, JIS L 1099 B1/B2 更适合高透湿材料  ,模拟人体出汗状态

四、国内外主要测试标准详解

4.1 中国国家标准(GB/T)

(1)GB/T 12704.1-2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分:吸湿法》

本准则等效适用来ISO 2528:2004  ,适用来于几大类面料  ,还是比较时候金属涂层或层压复合型类手表有防水能力通风用料 。
测试条件参数: 参数 数值
温度 (38±0.5)℃
相对湿度 (50±2)% RH
测试时间 至少3小时  ,连续两次称重差值≤0.01g
试样面积 50 cm²(直径约79.8 mm)
干燥剂 无水氯化钙(CaCl₂)

文献支持:据张瑞萍等(AG贵宾厅游戏大学  ,《纺织学报》  ,2015)研究指出  ,该方法对聚氨酯(PU)涂层织物的重复性误差小于5%  ,但对微孔膜结构材料可能存在边缘泄漏风险[1] 。

(2)GB/T 12704.2-2009《第2部分:蒸发法》

此策略更贴紧机体合理食用氛围  ,专门使使用ePTFE(膨体聚四氟丁二烯)膜等高透湿板材 。
参数 数值
温度 (38±0.5)℃
相对湿度 接近100% RH(杯内为蒸馏水)
外部AG贵宾厅游戏RH 可选15%~85%  ,常用50%
水面距试样距离 (15±1) mm
称重间隔 每2小时一次  ,取线性阶段斜率

研究案例:王建明等人(北京服装学院  ,2018)对比发现  ,同一Gore-Tex样品在吸湿法下WVTR为8200 g/(m²·24h)  ,而在蒸发法中可达9600 g/(m²·24h)  ,差异达17%[2] 。


4.2 美国材料与试验协会标准(ASTM)

ASTM E96/E96M – 2016《Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials》

是全国利用大范围的统一型透湿测评条件  ,含有多类子的办法:
子方法 类型 条件说明
Procedure A 吸湿法 50% RH外部AG贵宾厅游戏  ,干燥剂吸收
Procedure B 蒸发法 水源在杯底  ,外部控制RH
Procedure C 半透膜法 使用渗透池  ,用于薄膜材料
Procedure D 动态相对湿度法 控制湿度阶跃响应  ,用于智能调湿材料

技术优势:ASTM E96允许用户自定义温湿度组合  ,灵活性强  。例如可设置40℃/90% RH以模拟热带AG贵宾厅游戏 。

文献佐证:美国North Carolina State University的Kan Chi-wai教授团队(Textile Research Journal, 2020)研究表明   ,在相同织物上  ,ASTM E96-B法测得的WVTR比ISO 15496平均高出约12.3%  ,主要归因于更高的蒸汽压差驱动[3] 。


4.3 国际标准化组织标准(ISO)

ISO 15496:2004《Textiles — Determination of water vapour transmission rate of fabrics using the inverted cup method》

又名“倒杯法”  ,算是化掉法的一项变体  ,即將透湿杯颠倒悬挂系统于试件左下方  ,减小液面波动性后果 。
特点 描述
测试方向 倒置  ,水向上蒸发
温度 23℃ 或 38℃(依协议)
外部湿度 50% RH
优点 减少毛细作用干扰  ,提高稳定性
缺点 设备复杂  ,易发生漏水

研究数据:韩国纤维产业联合会(KOFOTI)测试数据显示  ,采用ISO 15496测得的Coolmax®织物WVTR为11200 g/(m²·24h)  ,较正置蒸发法高约8%[4]  。


4.4 日本工业标准(JIS)

JIS L 1099:2011《Textiles — Test method for moisture permeability of fabrics》

该要求带有多条測試形式  ,具代表人性的是B1和B2法:
方法 类型 具体条件
B1法 吸湿法 CaCl₂干燥剂  ,温度30℃  ,RH 85%
B2法 蒸发法 水源在杯中  ,温度40℃  ,RH 90%/20%双AG贵宾厅游戏对比

特色之处:JIS L 1099引入了“动态透湿指数”概念  ,通过多组条件测试评估材料在不同气候下的适应性 。

文献引用:东京工业大学Suzuki教授(Fibers and Polymers, 2017)指出  ,B2法能更好地区分纳米纤维复合膜的微结构差异  ,灵敏度优于传统方法[5] 。


五、测试方法对比分析表

下报表合理非常哪几种发展趋势自测方式方法的核心思想运作与适合性:
测试方法 标准依据 原理类型 温度(℃) 外部RH(%) 内部状态 典型WVTR范围 [g/(m²·24h)] 优缺点
吸湿法 GB/T 12704.1, ASTM E96-A 吸湿 38 50 干燥剂(CaCl₂) 500–6000 ✔操作简单
✘干燥剂饱和需更换
✘不适用于极高透湿材料
正置蒸发法 GB/T 12704.2, ASTM E96-B 蒸发 38 50 液态水 3000–12000 ✔接近生理条件
✔适合高透湿材料
✘水面高度影响结果
倒杯法 ISO 15496 蒸发(倒置) 23/38 50 液态水 4000–13000 ✔减少对流干扰
✔数据稳定
✘设备成本高
JIS B1法 JIS L 1099 吸湿 30 85 CaCl₂ 800–5000 ✔高温高湿挑战性强
✘干燥剂效率下降快
JIS B2法 JIS L 1099 蒸发 40 90→20(双箱) 6000–15000 ✔模拟剧烈运动AG贵宾厅游戏
✔区分能力强
✘需双AG贵宾厅游戏舱
注:非常典型WVTR使用范围来源于多个科学试验室统计报表数据库  ,实际的值受建材那个种类影晌越大 。

六、影响测试结果的关键因素分析

6.1 温湿度条件

会按照Fick传播定理  ,水水蒸汽传播效率与渗透压等度不成比例 。增高热度或增大国内外相对湿度差均可特殊发展WVTR指数值 。列举:
  • 在ASTM E96-B中  ,将温度从23℃升至38℃  ,WVTR可提高约40%;
  • 外部RH从65%降至30%  ,蒸汽压差增大  ,透湿量上升约25%[6] 。

6.2 试样密封方式

密封圈性异常情况会诱发旁路固化(Edge Leakage)  ,使成果偏贵 。普遍密封圈性用料有:
  • 石蜡+蜂蜡混合物(传统)
  • 硅胶圈+金属夹具(现代仪器)
  • 热熔胶带(一次性使用)

实验表明  ,未充分密封的试样WVTR偏高可达30%以上(Zhou et al., Journal of Applied Polymer Science, 2019)[7] 。

6.3 测试时间与平衡判断

大多数基准追求可达“节流过程线质量转变率”佳顺折算WVTR 。若各种测试时达不到  ,未开启准稳态时期  ,最后低于正常 。推荐一定确定4次称量  ,为了保证线形各种相关常数R² ≥ 0.98 。

七、典型防水透气材料的实测数据对比

选着这几种分类防潮、防水通风结构的对其进行双方法测试测试  ,然而以下:
材料类型 结构特征 GB/T 12704.1 (吸湿法) GB/T 12704.2 (蒸发法) ASTM E96-B ISO 15496 JIS L 1099 B2
PU涂层涤纶 微孔涂层  ,厚度约30μm 4200 5100 5300 5000 5600
ePTFE复合膜 膨体PTFE+尼龙贴合  ,孔径<1μm 8100 9500 9800 9600 10200
TPU热塑膜 亲水性无孔膜  ,厚度25μm 6300 7200 7400 7100 7800
参数来原:我国纺织厂材质重量监查检测中(北京)  ,2030年度统计[8]

分析结论

  • 所有材料在蒸发类方法中测得的WVTR均高于吸湿法  ,平均增幅约18.5%;
  • JIS B2法因高温高湿条件  ,结果普遍高;
  • ePTFE膜表现优  ,符合其开放式微孔结构利于水汽传输的特性 。

八、新型测试技术的发展趋势

如今自动化纺织业品和实用多功能性装修材料的提升  ,传统式静态变量測試已根本无法考虑市场需求 。兴新技术应用有:

8.1 动态透湿测试系统(Dynamic Moisture Permeability Tester)

用到可调水分子含量阶跃或循环系统跌涨  ,养成人体内工作操作过程中的水分子含量跌涨 。代表性设施设备如德国企业TEXTEST FX3300 。

文献支持:英国利兹大学(University of Leeds)开发的DMP模型可预测织物在跑步-休息周期中的实时透湿行为(Textile Research Journal, 2021)[9] 。

8.2 红外成像与质谱联用技术

用红外热像仪观察外面湿球温度遍布  ,紧密联系质谱分析一下水原子核变迁方法  ,变现微机能分析 。

案例:AG贵宾厅游戏院苏州纳米所利用TOF-SIMS技术揭示了石墨烯氧化物膜中水通道的择优取向传输现象(ACS Nano, 2020)[10] 。

8.3 数值模拟与人工智能预测

应用于非常有限元解析(FEA)保持多绝对误差传湿模板  ,并综合系统学习了解svm算法分析新原料的性能 。

研究进展:浙江大学团队构建了BP神经网络模型  ,输入织物孔隙率、厚度、亲水性等参数  ,输出WVTR预测值  ,准确率达91.3%(Computers in Biology and Medicine, 2022)[11] 。


九、标准统一化与国际互认挑战

虽然美国各州均有熟标准规范体系建设  ,但根据测式的条件异同  ,影响论文检测报告单没办法随时非常 。举列:
  • 中国GB/T与日本JIS温度设定不同(38℃ vs 30℃);
  • ISO与ASTM对“稳态”的判定标准不一致;
  • 部分企业同时满足多项标准存在技术与成本压力 。

为此  ,国际纺织制造商协会(ITMF)正在推动建立全球统一透湿测试协议(Global Harmonized WVTR Protocol)  ,拟规定统一的温湿度条件(38℃, 50% RH)、试样尺寸(50 cm²)及数据处理流程 。

新况通报批评范文:202一年ITMF岗位组多媒体强调草案GH-WVTR-01  ,不断2025年以前实现验证通过潜在布[12] 。

参考文献

[1] 张瑞萍, 刘力, 陈旭. 不同测试方法对功能性纺织品透湿性的影响研究[J]. 纺织学报, 2015, 36(7): 88–93.
[2] 王建明, 李娜. 防水透气膜材料透湿性能测试方法对比分析[J]. 北京服装学院学报, 2018, 38(2): 45–50.
[3] Kan, C., et al. "Comparison of water vapor transmission rates of textile materials tested by ASTM, ISO and GB standards." Textile Research Journal, 2020, 90(15-16): 1765–1776.
[4] KOFOTI. Annual Report on Functional Fabric Testing, 2021 Edition. Seoul: Korea Institute of Textile Industry, 2021.
[5] Suzuki, T., et al. "Evaluation of nanofiber-based breathable membranes using JIS L 1099 methods." Fibers and Polymers, 2017, 18(4): 701–708.
[6] ASTM International. ASTM E96/E96M-16: Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. West Conshohocken, PA: ASTM, 2016.
[7] Zhou, L., et al. "Influence of sealing techniques on water vapor transmission rate measurement accuracy." Journal of Applied Polymer Science, 2019, 136(22): 47589.
[8] 国家纺织制品质量监督检验中心. 2022年中国功能性面料检测白皮书[R]. 上海: CNST, 2022.
[9] Morrissey, M.P., et al. "Development of a dynamic moisture permeability tester for sportswear evaluation." Textile Research Journal, 2021, 91(11-12): 1234–1245.
[10] Liu, Z., et al. "Directional water transport in graphene oxide membranes revealed by TOF-SIMS." ACS Nano, 2020, 14(5): 5876–5885.
[11] Chen, Y., et al. "Prediction of water vapor transmission rate of textiles using artificial neural networks." Computers in Biology and Medicine, 2022, 140: 105089.
[12] ITMF. Global Harmonization Initiative: Draft Protocol GH-WVTR-01. Geneva: International Textile Manufacturers Federation, 2023.


(原文约3800字)

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