真密度的测试原理

2022-11-05
铄思百检测

真密度(True Density)是相对于颗粒群的表观密度和堆密度而言的,指材料在绝对密实的状态下单位体积的固体物质的实际质量,即去除内部孔隙或者颗粒间的空隙后的密度。

真密度是粉体材料最基本的物理参数,也是测定微粉颗粒分布等其他物理性质必须用到的参数,因此,对材料的真密度进行测量变得十分重要

当然,除了作为粉体材料最基本测物理参数之外,测量材料的真密度还具有以下意义:

1)真密度数值大小决定了材料化学组成及纯度,其值的大小也直接影响着材料的质量、性能及用途。因此测定粉末的真密度有重要的意义,它是保证许多产品尤其是粉体产品质量的重要物理指标之一。

2)许多无机非金属材料都采用粉末原料来制造,因此在科研或生产中经常需要去除空隙,测定粉体真密度。

3)在水泥或陶瓷材料制造中,需要对粘土的颗粒分布、球磨泥浆细度进行测定,也需要真密度的数据。

4)真密度是粉体材料一项重要的物性指标,因为所有宏观物理性质几乎都与密度有关,同时密度也是测定微粉颗粒分布等其它物理性质必须用到的参数。

5)对于水泥等部分建筑材料,其最终产品就是粉体,因此,测定水泥的真密度对生产单位和使用单位都具有很大的产业实用意义。

6)在新材料的制造中,比如说精密陶瓷材料,求取总孔隙率测定时,都需要真密度的数据。

7)在测定粉体或多孔材料的比表面积时,需要粉体真密度的数据进行计算。

8)在粉末冶金的过程中,需要计算粉末体积比(如金属增材制造生产过程中,需要了解金属粉和塑料比例),从而计算混合粉的理论密度,所以每种粉末的真实密度是重要数据。

在如此多的重要因素协同之下,真密度的概念已广泛应用于塑料、碳素材料、黑火药等粉体的特征评价中。作为一种重要的材料学参数,真密度涉及的领域也逐渐变得广泛,包括:锂电、陶瓷、催化剂、滤材、核燃料、石油化工、土壤、肥料、炭黑、焦炭、纤维、矿物、制药、化妆品、水泥、粉末食品、干燥剂、粉末金属、离子交换树酯、硅胶、氧化铝、二氧化钛、固体泡沫等等[2]。

综上,不管是从真密度的测量意义,还是从真密度涉及的宽广领域来说,对真密度的测量都值得相关科研工作者的关注。因此,笔者将结合实例对其测量原理与方法进行详细的展开阐述。

2 测量原理

提及密度,大家肯定都知道:密度就是物体的质量除以体积。单位通常是g/cm³或kg/m³,计算公式为:

ρ=m/v

然而,看似简单的密度其实并不简单。密度一词,在“密度”大家庭里面只是最基础的一个概念。此外还有其他“密度”家庭成员,比如“振实密度”、“松装密度”、“堆积密度”、“压实密度”、“表观密度”、“体积密度”、“相对密度”等,均与“真密度”有所不同(图1)。

因此,要掌握真密度的测量原理,上述这些容易混淆的基本相关概念必须要搞清楚。

1)表观密度:表观密度是指材料的质量与表观体积之比。表观体积是实体积加闭口孔隙体积。一般直接测量体积,对于形状非规则的材料,可用蜡封法封闭孔隙,然后再用排液法测量体积。表观密度描述的是材料在长期自然干燥下的状态。

2)振实密度:指在规定条件下容器中的粉末经一定压力振实后所测得的单位容积的质量,通常采用振实密度仪测量。振实密度是与超细颗粒尺寸、形貌及其尺寸分布和干燥程度(含水率)有关的可测量的宏观特性之一,也是超细粉末产品生产与应用最常用的质量控制参数。

3)堆积密度:堆积密度又称体积密度,松密度,毛体密度,简称堆密度。是把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中,在刚填充完成后所测得的单位体积质量。堆积密度受容器大小、填充方式等因素的影响,测定时应按一定的方法进行,通常是从一定的高度让试料通过漏斗定量自由落下。

4)相对密度:指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比。通俗来讲,就是某个物质和某个已知密度的参照物(常见参照物为水)进行比较,然后进行简单的计算便得知此物质的密度。

对比之下不难发现,真密度的测量原理其实很简单:首先测试出样品的质量,随后利用液体或者气体排出的办法,测量排出总体积,也就是样品在绝对密实状态下的体积,最后根据密度计算公式,即可得出样品材料的真密度。