調溼功能材料性能測試設備及測試方法

2023-10-17 00:41:49

專利名稱：調溼功能材料性能測試設備及測試方法
技術領域：
本發明屬於材料測試領域，涉及新型調溼功能材料性能測試系統。該系統包括測試設備及測試方法，可以用於以溼度反應法檢測各種材料的調溼性能。
背景技術：
空氣相對溼度的高低影響著人們的工作和生活，溼度控制無論對人們的居住環境，還是對物品的保護都顯得尤為重要。隨著科技新材料技術的發展，人們相繼研發出具有溼度調節功能的材料，並將這種材料廣泛應用於建材製品、紡織製品等產品上，使傳統產品在滿足原有使用功能的同時，具備了調節環境相對溼度、改善生活空間舒適度的能力。具有溼度調節功能的產品發展速度很快，調溼功能塗料、壁紙、膩子、陶瓷等製品大量湧入市場，但是相應的檢測方法及設備發展相對滯後，嚴重影響了行業的發展。目前市場上對材料調溼性能的測試方法主要有溼度反應法與溫度反應法兩種。溫度反應法是把材料放入被密閉的箱子中，通過變動箱子周圍的溫度來使箱內溼度發生變動，根據箱內溼度和溫度的變化，通過計算來求出材料每變化l°c的吸放溼量。日常生活中溫溼度的變化主要是由空氣中水蒸氣含量的變化引起的，受環境溫度的影響較小。但是在實際生活中，環境溫差的變化並不是很大，很難對產品的飽和吸溼量產生影響。溼度反應法以恆溫恆溼實驗箱內部的相對溼度變化，在相對溼度的變化下，由於內外溼度差的作用，檢測樣品對周圍環境吸收或釋放水蒸氣，根據檢測樣品質量的變化值，衡量樣品調溼能力的大小。與溫度反應法相比，溼度反應法具有較強的實用性及推廣性，而且簡單易操作，加上影響產品吸放溼量的主要因素是環境相對溼度的變化量，所以絕大多數企業都採用溼度反應法作為產品吸放溼性能檢測方法。目前廣泛用於以溼度反應法檢測調溼性能的儀器往往都是恆溫恆溼試驗箱與電子天平組合。其中恆溫恆溼試驗箱可以通過機械式控制溫溼的方式，控制試驗環境的溫溼度，由於機械控制技術的發展，溫溼度的精確度可以滿足測試的要求。但是由於內部氣流速度無法控制，且檢測樣品表面氣流對測試結果影響較大，因此需要解決這一問題，形成一套更完整的調溼性能檢測系統；另一方面，由於電子天平讀數的需要往往要在實驗過程中開關試驗箱門，會影響測試環境的穩定性。

發明內容
本發明目的在於提供一套完整的並提高測試穩定性的調溼功能材料性能測試系統，包括測試設備及測試方法。本發明的調溼功能材料性能測試設備，包括相對溼度控制部分、稱量部分以及溫溼度監測部分，所述相對溼度控制部分有一可調溫度和溼度的密閉空間，所述稱量部分以及溫溼度監測部分置於該密閉空間內，稱量部分為電子天平，所述溫溼度監測部分包括溫度探頭和溼度探頭，電子天平、溫度探頭和溼度探頭均連線於一設於該密閉空間外的計算機。
具體的，所述相對溼度控制部分為機械式恆溫箱系統、溼度變化設備系統或飽和鹽水溶液系統。所述機械式恆溫箱系統由一恆溫恆溼箱形成密閉空間，其內設用於稱量待測樣品的電子天平，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方50mm的位置，且在待測樣品、溫度探頭、溼度探頭和電子天平外設一防風罩，防風罩的側壁面上留有多個通孔。所述溼度變化設備系統由一隔熱隔溼箱形成密閉空間，其內設用於稱量待測樣品的電子天平，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方50mm的位置，該隔熱隔溼箱上部設一入口連通一溼度變化裝置，與入口相對側面上另設一出口，且在隔熱隔溼箱內中部、樣品側上方裝有可調風速的風扇。所述飽和鹽水溶液系統包括一恆溫室，其中放置兩個乾燥器；乾燥器形成密閉空間，其底部放置飽和鹽水溶液槽，分體吊盤式電子天平託盤懸掛於乾燥器內部，讀數部分位於乾燥器外部，待測樣品置於天平的託盤上，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方 50mm的位置。可以在飽和鹽水溶液槽、待測樣品、溫度探頭、溼度探頭和電子天平託盤外和乾燥器之間設一防風罩，防風罩的側壁面上留有多個通孔，風扇設於防風罩一側頂端。以上所述調溼功能材料性能測試設備中，所述密閉空間的內容積不小於0. 5m3，溫度設定值的偏差不超過士0. 5°C，相對溼度與設定值偏差不超過士2%，(23士0. 5)°C時，相對溼度從30%到95%相互轉換的時間不超過20min。在設有防風罩的方案中，所述防風罩的體積不小於0.3m3，防風罩側壁面的孔均勻或不均勻分布在左右兩側，孔直徑為1. 5cm 3cm，不同孔的大小相同或不相同。本發明提供的調溼功能材料性能測試方法，是利用之前所述的調溼功能材料性能測試設備，進行以下操作1)先將樣品在所述密閉空間內於23 士0. 5°C環境溫度、33%相對溼度條件下養護 Mh，至電子天平顯示的樣品質量的變化量不大於0. 1% ；2)將密閉空間內相對溼度調整至93%，由計算機連續24h記錄電子天平傳輸的樣品質量，並按式(1)計算得到樣品的24h吸溼量；3)再將密閉空間內的相對溼度改變為33%，繼續由計算機連續24h記錄電子天平傳輸的樣品質量，並按式(2)計算得出樣品Mh的放溼量；Wa= (ma-m0)/A ...................................................(1)Wd= (ma-md)/A ...................................................O)式中Wa-吸溼過程結束時的吸溼量，單位為千克每平方米(kg/m2)；Wd-放溼過程結束時的放溼量，單位為千克每平方米(kg/m2)；ma-吸溼過程結束時樣品的質量，單位為千克(kg)；md-放溼過程結束時樣品的質量，單位為千克(kg)；Hitl-養護後樣品的質量，單位為千克(kg)；A-吸溼/放溼面積，單位為平方米(m2)。採用以上設計，本發明設備主要由相對溼度控制部分、稱量部分以及溫溼度監測部分組成，根據不同的相對溼度控制部分，配以相應的測試系統，由此分為機械式恆溫箱系統、溼度變化設備系統和飽和鹽水溶液系統三種。本發明通過不同的控制溫溼度方式，通過精密的檢測手段準確實時監控樣品的質量變化，通過計算機實時記錄電子天平稱量的到得檢測樣品數據，計算得到樣品吸放溼能力的大小。本發明精確控制測試環境溫溼度的同時使測試結果更加準確，並減少環境因素對測試結果的影響，不僅可以準確測定材料的調溼性能，且測試結果穩定性好。


圖1為本發明使用機械式恆溫箱設備的構成示意圖。圖2為本發明使用溼度變化設備的構成示意圖。圖3為本發明使用飽和鹽水溶液設備的構成示意圖。圖4為本發明針對調溼壁紙和調溼瓷磚樣品檢測的質量-時間變化曲線圖。圖5為針對該調溼壁紙樣品日本檢測機構出具的檢測結果(文獻截圖)。圖6為針對該調溼瓷磚樣品日本檢測機構出具的檢測結果(文獻截圖)。
具體實施例方式本發明是為調溼建材的行業標準制定而做出。主要提供一種合理科學穩定的調溼材料性能測試系統，用於以溼度反應法檢測材料的吸放溼性能。本發明的調溼材料測試設備主要由相對溼度控制部分、稱量部分以及溫溼度監測部分組成。相對溼度控制部分用以製造及保持測試樣品的測試環境；稱量部分為電子天平， 用以對測試樣品進行實時準確稱量；溫溼度監測部分包括溫度探頭和溼度探頭，伸入相對溼度控制部分裝置內位於測試樣品表面上方用於監測樣品表面溫度和溼度；電子天平、溫度探頭和溼度探頭均連線於一外接計算機以便記錄並顯示各自變化數值，實現數據實時監控，同時避免開關箱門對檢測環境造成的影響。一、相對溼度控制部分在本發明中，相對溼度控制部分可根據測試需要以機械式恆溫箱系統、溼度變化設備系統或飽和鹽水溶液系統三種形式實現。其中參見圖1所示，機械式恆溫箱系統是利用恆溫恆溼試驗箱控制測試環境的溫度與相對溼度，在一現有恆溫恆溼箱1內放置稱量部分的電子天平2，再將待測樣品S放在電子天平2上，監測部分的溫度探頭3和溼度探頭4分別懸掛於待測樣品上方50mm的位置，並且在恆溫恆溼箱1內加設一防風罩5，將待測樣品S、溫度探頭3、溼度探頭4和電子天平2同時罩入該防風罩5內，防風罩5的側壁面上留有較多數量的孔。該系統中，恆溫恆溼箱1的內容積不小於0. 5m3，箱內溫度設定值的偏差不應超過士0.5°C，相對溼度與設定值偏差不應超過士2%，(23士0. 5) °C時，相對溼度從30%到95%相互轉換的時間不超過20min ；防風罩5的體積應不小於0. 3m3，根據恆溫恆溼試驗箱內氣流速度的大小，開在罩的側壁面的孔的分布特點為左右兩側均有，位置分布可以均勻或不均勻，孔的大小以直徑為1. 5cm 3cm 為宜，大小分布也可以規則或不規則，孔的數量按進入箱內風速的大小確定，防風罩5在減小風力的同時也通過其孔的設計保證防風罩5內部空間有一定的風速，確保內部環境溫溼度快速達到平衡，使罩內校正水蒸氣表面阻力數值在(12. 0 14. 6) X IO3Hi2 · h · Pa/mg範圍內。該機械式恆溫箱系統由於加設了防風罩5，可以減小內部檢測樣品上方的氣流對測試結果的影響，同時亦可保證有一定的氣流速度保持內部環境的溫溼度均勻。參見圖2所示，溼度變化設備系統是利用一外部設備溼度變化裝置6制出恆定溼度的氣體，由入口 8通入一隔熱隔溼箱10內，隔熱隔溼箱10中放置電子天平2、測試樣品S 和溫度探頭3和溼度探頭4(與圖1相同)，隔熱隔溼箱10內與入口 8相對側面上另設一出口 9，出口 9附近裝有可調風速的風扇7，在風扇7的作用下可以保持內部空氣流通，保證箱內空氣溫溼度的均勻性，入口 8通入箱內的水汽在風扇7作用下使箱內部溫溼度達到均勻狀態。參見圖3所示，飽和鹽水溶液系統是利用飽和鹽水溶液上部空氣的相對溼度確定的特點，選擇適當的鹽製成飽和水溶液，以控制密閉空間內的相對溼度。該系統在23°C的恆溫室11中放置兩個乾燥器12，一個為高相對溼度的乾燥器，另一個為低相對溼度的乾燥器，乾燥器內設有敞口的溶液槽13，乾燥器內部的相對溼度由裝於溶液槽13中的飽和鹽水控制。乾燥器12內裝設可調速風扇7以加快氣體流動，保證溫溼度的均勻，同時為了防止氣流對測試結果產生影響加入一個防風罩5。電子天平2採用分體式天平，讀數部分置於恆溫室11內乾燥器12的上部，避免受到鹽溶液的腐蝕，天平的託盤置於乾燥器12內部，用於稱量樣品質量。置於低相對溼度的乾燥器內的待測樣品S養護至質量平衡後，將樣品移至高相對溼度的乾燥器內進行吸溼測試，吸溼結束後將樣品移至低相對溼度乾燥器內進行放溼測試。該系統中，乾燥器12的內容積不小於0. 5m3，恆溫室11內溫度設定值的偏差不應超過士0.5°C，乾燥器12內相對溼度與設定值偏差不應超過士2%，(23士0. 5) °C時，防風罩5 的體積應不小於0. 3m3，罩的側壁面上開若干孔，其分布在左右兩側，可均勻或不均勻分布， 孔的大小以直徑為1.5cm 3cm為宜，大小分布可以規則或不規則，根據乾燥器12內氣流速度的大小，開孔的數量、排布以及孔的大小以罩內校正水蒸氣表面阻力數值在(12.0 14. 6) X IO3Hi2 · h · Pa/mg範圍內為宜，防風罩5在減小風力的同時也通過孔的設計保證內部空間有一定的風速，確保內部環境溫溼度快速達到平衡。表1給出了可供選擇的飽和鹽溶液及相對溼度值。表1飽和鹽溶液及其相對溼度
權利要求
1.調溼功能材料性能測試設備，包括相對溼度控制部分、稱量部分以及溫溼度監測部分，其特徵在於，所述相對溼度控制部分有一可調溫度和溼度的密閉空間，所述稱量部分以及溫溼度監測部分置於該密閉空間內，稱量部分為電子天平，所述溫溼度監測部分包括溫度探頭和溼度探頭，電子天平、溫度探頭和溼度探頭均連線於一設於該密閉空間外的計算機。
2.根據權利要求1所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述相對溼度控制部分為機械式恆溫箱系統、溼度變化設備系統或飽和鹽水溶液系統。
3.根據權利要求2所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述機械式恆溫箱系統由一恆溫恆溼箱形成密閉空間，其內設用於稱量待測樣品的電子天平，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方50mm的位置，且在待測樣品、溫度探頭、溼度探頭和電子天平外設一防風罩，防風罩的側壁面上留有多個通孔。
4.根據權利要求2所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述溼度變化設備系統由一隔熱隔溼箱形成密閉空間，其內設用於稱量待測樣品的電子天平，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方50mm的位置，該隔熱隔溼箱上部設一入口連通一溼度變化裝置，與入口相對側面上另設一出口，且在隔熱隔溼箱內中部、樣品側上方裝有可調風速的風扇。
5.根據權利要求2所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述飽和鹽水溶液系統包括一恆溫室，其中放置兩個乾燥器；乾燥器形成密閉空間，其底部放置飽和鹽水溶液槽，分體吊盤式電子天平託盤懸掛於乾燥器內部，讀數部分位於乾燥器外部，待測樣品置於天平的託盤上，溫度探頭和溼度探頭分別位於待測樣品上方50mm的位置。
6.根據權利要求5所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，在飽和鹽水溶液槽、 待測樣品、溫度探頭、溼度探頭和電子天平託盤外和乾燥器之間設一防風罩，防風罩的側壁面上留有多個通孔，風扇設於防風罩一側頂端。
7.根據權利要求3或4或5或6所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述密閉空間的內容積不小於0. 5m3，溫度設定值的偏差不超過士0. 5°C，相對溼度與設定值偏差不超過士2%，(23士0. 5) °C時，相對溼度從30%到95%相互轉換的時間不超過20min。
8.根據權利要求3或6所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述防風罩側壁面的孔均勻或不均勻分布在左右兩側，孔直徑為1. 5cm 3cm，不同孔的大小相同或不相同。
9.根據權利要3或6或7或8所述調溼功能材料性能測試設備，其特徵在於，所述防風罩的體積不小於0. 3m3。
10.調溼功能材料性能測試方法，其特徵在於，利用權利要求1至9任一所述調溼功能材料性能測試設備，進行以下操作1)先將樣品在所述密閉空間內於23士0.5°C環境溫度、33%相對溼度條件下養護Mh， 至電子天平顯示的樣品質量的變化量不大於0. 1% ；2)將密閉空間內相對溼度調整至93%，由計算機連續24h記錄電子天平傳輸的樣品質量，並按式(1)計算得到樣品的24h吸溼量；3)再將密閉空間內的相對溼度改變為33%，繼續由計算機連續24h記錄電子天平傳輸的樣品質量，並按式(2)計算得出樣品Mh的放溼量；Wa= (ma-m0)/A ...................................................(1)Wd= (ma-md)/A ...................................................O)式中Wa-吸溼過程結束時的吸溼量，單位為千克每平方米(kg/m2)； Wd-放溼過程結束時的放溼量，單位為千克每平方米(kg/m2)； ma-吸溼過程結束時樣品的質量，單位為千克(kg)； md-放溼過程結束時樣品的質量，單位為千克(kg)； mQ-養護後樣品的質量，單位為千克(kg)； A-吸溼/放溼面積，單位為平方米(m2)。
全文摘要
本發明公開了調溼功能材料性能測試設備及測試方法，該設備包括相對溼度控制部分、稱量部分以及溫溼度監測部分，相對溼度控制部分為機械式恆溫箱系統、溼度變化設備系統或飽和鹽水溶液系統，有一可調溫度和溼度的密閉空間，稱量部分以及溫溼度監測部分的溫度探頭和溼度探頭置於該密閉空間內，稱量部分為電子天平，電子天平、溫度探頭和溼度探頭均連線於一設於該密閉空間外的計算機。通過不同的控制溫溼度方式，以溼度反應法檢測材料的吸放溼性能，通過計算機實時記錄電子天平稱量的到得檢測樣品數據，計算得到樣品吸放溼能力的大小。本發明可以準確測定材料的調溼性能，且測試結果穩定性好。
文檔編號G01N5/02GK102252932SQ20111017094
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月23日 優先權日2010年12月13日
發明者侯國豔, 冀志江, 王曉燕, 王繼梅, 王靜 申請人:中國建築材料科學研究總院