在濕熱試驗中,溫度和濕度共同作用,會形成一些物理現(xiàn)象并使樣品表面或內(nèi)部受潮。
1、吸附現(xiàn)象:
氣體分子(在濕熱試驗中指水蒸氣分子)在空間運(yùn)動時可能碰撞固體物質(zhì)(樣品)的表面,當(dāng)一定數(shù)量的分子連續(xù)碰在固體表面,在它重新回到空間之前,要在固體(樣品)表面“停留”一定長的時間。這時,氣體在表面上的濃度高于它在空間中的濃度,從而產(chǎn)生凝結(jié)。這種氣體在固體表面上“停留”的現(xiàn)象稱之為吸附。因此,吸附也可以說是氣體在固體表面上凝結(jié)和蒸發(fā)的一個中間過程。根據(jù)實驗結(jié)果,氣體吸附量與固體物質(zhì)的性質(zhì)、溫度及平衡時氣體的壓力三者有關(guān)。溫度愈低、壓力愈高,則吸附量就愈大。(感興趣的同學(xué)可以去研究一下函數(shù)關(guān)系式)
物理吸附是由范德華引力引起的,吸附層一般為多分子層。吸附速度較快,吸附時所需能量也較小,一般在低溫下便能進(jìn)行。在濕熱試驗中以物理吸附現(xiàn)象居多。
2、凝露現(xiàn)象:
凝露實際上也是水分子在樣品上的吸附現(xiàn)象,但它是在試驗溫度上升時產(chǎn)生的。在升溫階段,樣品表面溫度低于周圍空氣露點溫度時,水蒸氣便會在樣品表面凝結(jié)成液體形成水珠。在交變濕熱試驗的升溫階段,由于樣品的熱慣性,使它的溫度上升滯后于試驗箱的溫度。因此,表面便產(chǎn)生了凝露現(xiàn)象。這種表面凝露量的多少,取決于樣品本身的熱容量大小,以及升溫速度和升溫階段的相對濕度,在交變濕熱試驗的降溫階段,封閉外殼的內(nèi)壁也會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。
3、擴(kuò)散現(xiàn)象:
擴(kuò)散是分子運(yùn)動的一種物理現(xiàn)象。在擴(kuò)散過程中,分子總是從濃度大的地方遷移到濃度小的地方。濕熱試驗時,空氣中水蒸氣向濃度較低的材料內(nèi)部擴(kuò)散的速度可以用菲克定律表示出來。所以,濕熱試驗中由擴(kuò)散引起的潮氣侵入,除了取決于試驗條件中的絕對濕度與溫度,還與樣品的材質(zhì)有關(guān)。
4、吸收現(xiàn)象(也稱為流通現(xiàn)象)。
水蒸氣進(jìn)入材料內(nèi),一般都是通過空隙。水蒸氣通過間隙的速度取決于孔的尺寸。如果孔隙的尺寸小于水分子的直徑,水蒸氣便不能進(jìn)入。由于水蒸氣在空間是與空氣混合存在的,所以它的進(jìn)入速度與水蒸氣和空氣的混合比例也有很大關(guān)系。將水蒸氣和空氣比例為1:1時,相當(dāng)于80℃空氣飽和狀態(tài)下的水氣量作為界限。高于這個界限的稱為高蒸氣壓力,低于這個界限的稱為低蒸氣壓力,然后將水蒸氣進(jìn)入空隙的機(jī)理分別進(jìn)行討論:
①低蒸氣壓力下水氣進(jìn)入機(jī)理:在溫度和水蒸氣壓力都不變的情況下(相當(dāng)于恒定濕熱試驗),水蒸氣進(jìn)入空隙主要是由于擴(kuò)散作用,其速度主要取決于空隙中的空氣阻力(滲透系數(shù))和空隙尺寸(空隙的大小雖然也影響進(jìn)入速率,但并不嚴(yán)重)。當(dāng)溫度變化(相當(dāng)于交變濕熱試驗)時,空隙兩邊的水蒸氣壓力差強(qiáng)迫含有水蒸氣的空氣通過。這時進(jìn)入速率不但與空隙阻力和空隙尺寸有關(guān),還與空隙兩端的水蒸氣壓力差也有關(guān)。由此可見,恒定濕熱試驗與交變濕熱試驗的作用機(jī)理是不一樣的。
②高蒸氣壓力條件下,水蒸氣進(jìn)入速度與空隙直徑有關(guān),當(dāng)空隙直徑小于水分子的平均自由路程時,水蒸氣進(jìn)入為分子流;當(dāng)空隙直徑大于平均自由路程時,進(jìn)入速度為粘性流,空隙直徑處于上述二者之間時為過渡流。在高蒸氣壓力下,水蒸氣進(jìn)入速度隨空隙大小變化說明,如果提高溫度來加速潮氣進(jìn)入,對不同空隙尺寸將會有不同的速率,其加速倍數(shù)將是不一樣的。
綜上所述,水蒸氣通過吸收現(xiàn)象的進(jìn)入,取決于溫度和水蒸氣壓力(絕對濕度)及材料的材質(zhì)。
武漢金測恒定濕熱曲線圖
5、呼吸作用:
我們將封閉樣品內(nèi)空腔中溫度變化引起的內(nèi)外空氣交流,稱之為呼吸作用。在交變濕熱試驗的降溫階段,由于溫度急劇下降,引起封閉空腔內(nèi)的空氣溫度下降或空腔內(nèi)壁的凝露都會使腔內(nèi)壓力降低,形成抽吸現(xiàn)象,吸入外界的潮濕空氣,因此,降溫階段的呼吸作用吸入潮氣量的多少,與溫度變化速率和絕對濕度有關(guān)。這種呼吸現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在試驗溫度交變時,當(dāng)具有封閉外殼的樣品,如封閉型旋轉(zhuǎn)電機(jī)在間歇運(yùn)動過程中,殼內(nèi)線圈發(fā)熱或冷卻的反復(fù)交替變化,也會發(fā)生呼吸作用。在潮濕條件下使用的電機(jī)產(chǎn)品,由于這種呼吸作用吸入潮氣,長期凝結(jié)成水在殼內(nèi)積聚起來,也是屢見不鮮的。