摘要：在目前的橡膠材料標(biāo)準(zhǔn)體系中，尚無(wú)明確的橡膠阻水性測(cè)試方法規(guī)定，采用zui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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(cè)定）。前二者側(cè)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(cè)試方法上既有相似性又存在差異，需根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要差別選擇。
　　關(guān)鍵詞：橡膠阻水，測(cè)試方法，GB/T 1037，ASTM E96，ISO 1420

　　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(fù)原狀，因而是密封、防護(hù)材料的*選擇之一。橡膠廣泛的應(yīng)用于食品、藥品、工業(yè)的各個(gè)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(jī)械設(shè)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(hù)材料應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)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(duì)橡膠材料物理性能的質(zhì)控項(xiàng)目卻是基本一致的，這點(diǎn)可以從我國(guó)現(xiàn)行的橡膠制品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中窺見一斑。以《HGT 2944-2011 食品容器橡膠墊片》、《YBB00222004-2015口服制劑用硅橡膠膠塞、墊片》、《GB 7594 3-1987 電線電纜橡皮絕緣和橡皮護(hù)套》三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為例，物理性能指標(biāo)主要集中在拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、扯斷*變形、硬度、老化系數(shù)前后性能變化等機(jī)械性能方面。上述機(jī)械性能的要求zui終是為了獲得良好的密封防護(hù)效果，防止外界氧氣、水蒸氣的滲入對(duì)內(nèi)容物性質(zhì)產(chǎn)生影響。但筆者認(rèn)為，橡膠材料良好的密封防護(hù)作用，除了與上述機(jī)械性能有關(guān)外，還取決于橡膠材料自身的阻隔性能，即對(duì)氣體、水蒸氣的阻隔。內(nèi)外因素相互配合方能達(dá)到*的密封效果。

　　橡膠材料的阻水性，是針對(duì)特定滲透對(duì)象而言，通常包括水蒸氣和液態(tài)水，指的是橡膠材料對(duì)滲透對(duì)象從高濃度側(cè)滲透通過(guò)材料進(jìn)入低濃度側(cè)的阻隔性能。整個(gè)滲透過(guò)程可以分為吸附、溶解、擴(kuò)散、解析幾個(gè)部分，高濃度側(cè)的水分子吸附在材料表面，溶解進(jìn)入材料中在其內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，繼而從低濃度側(cè)解析出來(lái)，整個(gè)過(guò)程如圖1。 整個(gè)滲透過(guò)程進(jìn)行的快慢由兩個(gè)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(dòng)的快慢，由擴(kuò)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(duì)水分子的溶解度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)往往大有差異。因此，獲得準(zhǔn)確的橡膠材料對(duì)水分子的透過(guò)率是把握橡膠阻水性的zui直接方法。

橡膠的阻水性能測(cè)試方法介紹

　　在實(shí)際應(yīng)用中，水分子對(duì)橡膠材料的滲透影響是非常大的。當(dāng)橡膠作為電線電纜絕緣材料的包覆制品時(shí)，要具有較強(qiáng)的抗?jié)B水性和較低的水蒸氣滲透性，否則水分子將嚴(yán)重?fù)p壞其電氣性能；用于包裝容器的密封材料時(shí)，更對(duì)水蒸氣的滲透率有著嚴(yán)苛的要求，以避免水分過(guò)多引起內(nèi)容物變質(zhì)。在目前的橡膠材料標(biāo)準(zhǔn)體系中，尚無(wú)明確的橡膠阻水性測(cè)試方法規(guī)定，采用zui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(yàn)方法 杯式法》、《ASTM E96Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials》（譯：材料的水蒸氣滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法）、以及《ISO 1420-2001 Rubber- or plastics-coated fabrics - Determination ofresistance to penetration》（譯：橡膠或塑料涂覆織物.耐水滲透性測(cè)定）。前二者側(cè)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(cè)試方法上既有相似性又存在差異，需根據(jù)實(shí)際測(cè)試需要差別選擇。

　　方法一：GB/T 1037-88

　　該試驗(yàn)方法基于“在規(guī)定溫度、相對(duì)濕度條件下，試樣兩側(cè)保持一定的水蒸氣壓差，測(cè)量透過(guò)試樣的水蒸氣量，計(jì)算水蒸氣透過(guò)量和透過(guò)系數(shù)”的原理，通過(guò)稱重裝有干燥劑的透濕杯增加的質(zhì)量來(lái)計(jì)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(tái)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(jìn)行稱量，放入23±0.6℃，相對(duì)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(zhì)量增量相差不大于5%時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。需要注意的是，每次稱量時(shí)，透濕杯的先后順序一致，稱后輕微震動(dòng)杯體使其中干燥劑混合均勻，干燥劑的吸濕總量不能超過(guò)10%，否則影響測(cè)試結(jié)果。

　　這一標(biāo)準(zhǔn)修訂于1988年，重點(diǎn)突出了各個(gè)透視性能參數(shù)的定義以及測(cè)試原理，但在實(shí)際操作中蠟封的方法操作難度大，密封效果不甚理想。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相對(duì)濕度過(guò)于單一，不利于非標(biāo)條件的透濕測(cè)試。

　　方法二：ASTME96-2012

　　ASTM E96制定于1953年，至今歷史zui久的透濕性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。該方法相對(duì)與于*種，zui大的不同在于其同時(shí)包括了增重法和減重法兩種測(cè)試方法。減重法（即水蒸氣法）將增重法試驗(yàn)過(guò)程中高低濕側(cè)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(cè)保持高濕，另一側(cè)保持干燥，通過(guò)稱重透濕杯減少的質(zhì)量來(lái)測(cè)定水蒸氣透過(guò)試樣材料的透過(guò)率，如圖2。ASTM E96標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定這兩種測(cè)試方法皆為基本試驗(yàn)方法，試驗(yàn)結(jié)果存在差異是必然的，沒(méi)有可比性，在實(shí)際測(cè)試時(shí)應(yīng)該按照材料的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境選擇采用哪一種方法。

　　筆者搜集了四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(jì)南蘭光包裝安全檢測(cè)中心的W3/0120水蒸氣透過(guò)性測(cè)試儀，在相同的溫度、濕度條件下，采用ASTM E96的減重法分別對(duì)上述試樣進(jìn)行水蒸氣透過(guò)量檢測(cè)，結(jié)果如表1。

表1 四種橡膠材料的水蒸氣透過(guò)率

　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，1#硅膠的水蒸氣阻隔性zui差，2#乙丙橡膠和3#丁基橡膠*，其水蒸氣透過(guò)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(duì)水蒸氣比較敏感的產(chǎn)品建議采用2#或3#橡膠材料進(jìn)行密封或防護(hù)，而硅膠可以應(yīng)用于對(duì)橡膠產(chǎn)品阻水性能要求不高的產(chǎn)品上。

　　方法三：ISO1420-2001

　　此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提供給了一種在固定時(shí)間周期內(nèi)對(duì)橡膠材料施加靜水壓時(shí)，橡膠材料抗?jié)B水性的測(cè)試方法，較方法一和二更偏重于液態(tài)水的阻隔性測(cè)試。試驗(yàn)儀器由一個(gè)帶試樣夾持裝置的敞口容器和壓力計(jì)組成。敞口容器上部試樣的測(cè)試面積為100cm2，底部設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水口，容器上方有一個(gè)孔徑周長(zhǎng)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(jìn)水閥，注入水流直至溢出為止，將試樣測(cè)試面朝下夾持在容器上，裝上金屬網(wǎng)。再次打開進(jìn)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(yīng)≤30kPa）,調(diào)節(jié)進(jìn)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(diǎn)。按此試驗(yàn)五個(gè)試樣，若均未出現(xiàn)水滲透點(diǎn)，即試樣材料通過(guò)測(cè)試。除此之外，也可照此法測(cè)定橡膠材料的zui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(diǎn)為止，記錄此時(shí)的靜水壓值，zui終取五個(gè)試樣的平均值。
　　綜上所述，當(dāng)橡膠材料作為密封和防護(hù)材料實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其阻水性的高低對(duì)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(cè)試多采用上述三種方法，囊括了水蒸氣的滲透測(cè)試和液態(tài)水的滲透測(cè)試，針對(duì)性強(qiáng)，覆蓋面廣，操作簡(jiǎn)單，對(duì)橡膠材料的性能控制和改進(jìn)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。