Si misura pesando un piattello
La ASTM E96 è il metodo di prova che sta dietro quasi tutti i numeri sulla trasmissione del vapore acqueo. La designazione corrente per esteso è ASTM E96/E96M-24a, e il titolo dichiara il principio: metodi di prova normalizzati per la determinazione gravimetrica della velocità di trasmissione del vapore acqueo dei materiali. Gravimetrica vuol dire che si pesa.
L’apparecchio è semplice. Un piattello di alluminio contiene un disidratante oppure acqua; il campione viene fissato sulla bocca del piattello e sigillato con cera, in modo che il vapore possa passare solo attraverso di lui; l’assieme va in camera climatica e viene pesato a intervalli regolari. Quando la variazione di peso diventa costante nel tempo si è in regime stazionario, e la pendenza di quella retta è il dato di partenza. La norma chiede un numero minimo di pesate dentro il tratto stazionario perché la prova sia valida: un paio di punti non bastano a stabilire una pendenza.
La norma è nata nel 1953 ed è mantenuta dal comitato ASTM C16 sugli isolanti termici. La parola gravimetrica nel titolo è recente, aggiunta con la revisione approvata a dicembre 2021 per distinguerla dai metodi strumentali, che il vapore lo contano con un sensore invece di pesarlo.
Piattello secco e piattello umido: i due metodi della ASTM E96
I metodi di base sono due, e la differenza sta in cosa c’è dentro il piattello.
Nel metodo del disidratante, il piattello secco, sotto il campione l’umidità relativa è praticamente nulla e l’ambiente della camera è più umido: il vapore entra e il disidratante lo trattiene, quindi l’assieme aumenta di peso. Nel metodo dell’acqua, il piattello umido, sotto il campione c’è acqua a saturazione e l’ambiente è più secco: il vapore esce e l’assieme cala di peso.
Una cosa non cambia mai: le due facce del campione stanno alla stessa temperatura. Ciò che spinge il vapore non è un salto termico ma la differenza di pressione parziale del vapore fra le due facce. Ed è per questo che i due metodi possono dare risultati diversi sullo stesso materiale pur avendo la stessa spinta: nel piattello umido una faccia sta al 100% di umidità, e i materiali igroscopici che assorbono acqua cambiano comportamento man mano che si inumidiscono.
WVTR, permeanza, permeabilità: tre grandezze da non scambiare
Dalla pesata escono tre numeri in cascata, e confonderli è l’errore che rende incomparabili due schede tecniche.
Il primo è la velocità di trasmissione del vapore acqueo, sigla WVTR: il flusso stazionario di vapore per unità di tempo e di area, in condizioni definite di temperatura e umidità su ciascuna faccia. Si esprime in grammi per metro quadro al giorno, o nelle unità imperiali in grani per ora per piede quadro.
Il secondo è la permeanza, cioè il WVTR diviso per la differenza di pressione parziale del vapore che lo ha prodotto. Togliendo di mezzo la spinta si ottiene una proprietà del prodotto o della stratificazione così com’è, spessore incluso. L’unità imperiale è il perm, definito come un grano d’acqua che attraversa un piede quadro in un’ora sotto un pollice di mercurio di differenza di pressione parziale.
Il terzo è la permeabilità, cioè la permeanza moltiplicata per lo spessore. È una proprietà del materiale e ha senso solo se il materiale è omogeneo: per un accoppiato, un rivestimento o un tessuto spalmato la permeabilità non si calcola, si resta alla permeanza. È il motivo per cui su un telo tecnico o su una similpelle si trovano permeanze e non permeabilità, e perché citare una permeabilità su un multistrato è di per sé un segnale che il dato è stato ricopiato male.
Le condizioni di prova e perché la ASTM E96 obbliga a dichiararle
La norma non impone una condizione sola: ne codifica alcune e lascia scegliere quella che più si avvicina all’impiego reale. La procedura A è il metodo del disidratante a 73 °F, circa 23 °C, e 50% di umidità relativa, con una spinta di 0,41 pollici di mercurio; la procedura B è il metodo dell’acqua alle stesse condizioni ambientali, quindi con la stessa spinta ma con il campione esposto alla saturazione su una faccia; la procedura E è il metodo del disidratante a 100 °F, circa 38 °C, e 90% di umidità, con una spinta di 1,74 pollici di mercurio, quattro volte più severa.
Da qui viene l’obbligo che la norma mette in chiaro: ogni risultato deve dichiarare quale metodo è stato usato e a quali condizioni, e un risultato ottenuto a certe condizioni non si può usare per prevedere il risultato ad altre. Non è una cautela formale. La struttura di molti materiali cambia con l’umidità, quindi il numero non scala: un valore in piattello secco e uno in piattello umido possono differire di parecchie volte sullo stesso campione.
ASTM E96 e la parola traspirante
Su una fodera, un rivestimento o un telo, traspirante non è una proprietà binaria: è una posizione su una scala continua, e senza il numero, il metodo e le condizioni la parola non dice niente. Un materiale dichiarato tale sulla base di un valore ottenuto in piattello umido a 38 °C può misurare molto meno se provato in piattello secco a 23 °C, e nessuno dei due dati è sbagliato.
Due confini aiutano a collocare la prova. Il primo: i metodi strumentali, basati su un analizzatore automatico che rileva il vapore in uscita, misurano la stessa famiglia di grandezze ma non per pesata, e i loro risultati non sono automaticamente sovrapponibili a quelli gravimetrici. Il secondo: la ASTM E96 misura vapore, non aria e non acqua liquida. Un materiale può lasciare passare molto vapore e nessuna goccia, che è esattamente ciò che si chiede a un rivestimento impermeabile e traspirante, e la permeabilità all’aria si misura con prove del tutto diverse.
