JIS K 6275-1:2009 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム―ガス透過性の求め方―第１部：差圧法 | ページ 3

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7 試験結果のまとめ方

  試験結果は,それぞれの試験片によって得られた値の平均値を,有効数字3けたで表す。

8 記録

  試験報告書には,次の事項を記録する。
a) この規格の番号及び試験の種類(圧力センサ法,ガスクロマトグラフ法)
b) 試験片の詳細
  1) 試験片の形状,寸法(厚さ),履歴などの詳細
  2) 試料の詳細及び成形方法(加硫条件など)
  3) 試験片の採取・作製方法
c) 試験の詳細
  1) 試験温度
  2) 試験ガスの種類,組成及び純度
  3) 高圧側の試験ガス圧力
  4) ガス透過面積
d) 試験結果
  1) 試験片の数
  2) ガス透過度及びガス透過係数の平均値
  3) ガス拡散係数及びガス溶解度係数を算出したときは,その平均値
e) 試験年月日
f)  その他必要事項

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K 6275-1 : 2009
                                          附属書A
                                          (参考)
                  遅れ時間からガス拡散係数を求める方法の原理
A.1 趣旨
  圧力センサ法では,試験ガスを導入して測定を開始してから,ガス透過度が定常状態になるまでの遅れ
時間からガス拡散係数を求めることができる。この非定常状態及び定常状態は,拡散の微分方程式で記述
でき,境界条件を用いて解くと,最終的にガスの移動量を求める式が得られ,更に,遅れ時間と拡散係数
との関係式が得られる。次に,その誘導過程を記載し,理解の参考とする。
A.2 原理
  膜中に気体が全く存在しない状態で気体が接触したとき,気体が膜を横断して他の面に達し,膜の反対
側に出て行き,定常状態に達するまでには,ある時間を要する。この非定常状態から始まって定常状態に
至る膜の透過式は,フィックの第2法則を,非定常状態及び定常状態を示す境界条件を用いて,解いて得
られる。第2法則は,非定常状態拡散,すなわち,拡散における濃度が時間に関して変わるときに使われ,
濃度の時間変化dc/dtは拡散距離の2次微分d 2c/dx2の関数として,次の式のように表される。
                         dc    d2c
                             D
                         dt    dx2
                      ここに,     c :  移動する気体の濃度
                                  D :  拡散係数
                                   t :  時間
                                   x :  膜中の距離
  拡散係数が,膜内の気体の濃度に依存しないと仮定し,境界条件を
                      すべてのtで,x=0においてc=c1
                      すべてのtで,x=lにおいてc=0
                      t=0で,cx=0
                      t=∞で,dc/dt=0
とおいて解く。
                      ここに,     l :  膜の厚さ
                                  c1 :  膜の入口境界面上の気体の濃度
                                  cx :  膜中距離xの場所での気体の濃度
    注記 本体では,膜の厚さはhで示しているが,ここではlとしている。
  解は,次の式で与えられる。
                                          n
                                   x  2c1    1    n  π x      n2  π2Dt
                        cx  c1 c1               sin      exp
                                   l   π2nl n       l            l2
  この式から(dc/dx)   x=lを求め,次いで時間t=0からt=tまで積分すると,透過面積(A)の膜を通しての
気体の移動量(Q)が得られる。
                                   t t
                                      dc
                        Q    D  A
                                   t 0dx xl

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                                       n             n
                                c1t c1l      12     1       n2  π2Dt
                        Q   DA            1    2    2  exp       2
                                 l  6D n l   π    n            l
  気体の膜への溶解度は,ヘンリーの法則に従うと仮定すると,膜の入口境界面上での気体濃度(c1)は,
溶解度係数(S)と圧力(p1)との積で表される。
                        c1  S  p1
  したがって,
                                         n            n
                                   t   l       12    1       n2  π2Dt
                        Q   DASp1           1    2   2  exp       2
                                   l  6D n l    π  n            l
  tが十分に大きい場合に,上の式は,
                                  t    l   DAS       l2
                        Q   DASp1               p1 t
                                  l   6D     l       6D
  となる。
  t=0で,Q=0であるから,遅れ時間をθとすると,
                             l2      D
                                  0
                            6
  したがって,
                             2l
                         D
                            6
  である。
参考文献 仲川 勤,化学 One Point 11 膜のはたらき−気体透過膜を中心に−,共立出版株式会社,1985