Плотность твердого образца – это масса образца, деленная на его объем. При измерении плотности пористых материалов различают два вида плотности – истинную и кажущуюся. В отличие от истинной плотности, при измерении которой объем открытых пор исключается из общего объема образца, кажущаяся плотность - это масса образца деленная на его объем включающий объем пор. Для непористых объектов эти две плотности совпадают, а для пористых – различаются.
Пикнометр GeoPyc 1365 измеряет кажущуюся плотность пористых материалов неправильной формы и порошковых материалов с размером частиц не менее 2 мм. Для измерения объема образца в приборе применяется квазижидкая среда, состоящая из мелких полимерных сфер, которая обволакивает образец, не проникая в поры.
Рассмотрим другие методы определения кажущейся плотности пористых материалов и сравним их с методом, использующимся в пикнометре GeoPyc 1365. Главная проблема – определить объем образца включающий объем пор.
Метод А – основан на заполнении пор инертным веществом. Как правило для этой цели используется воск. Образец погружается в расплавленный воск и высушивается. Кажущаяся плотность затем рассчитывается из значений веса сухого образца, веса образца с воском на воздухе и веса образца с воском в воде.
Метод В – основан на измерении объема образца при погружении его в ртуть. Ртуть как несмачивающая жидкость обволакивает образец, не проникая в поры. Объем вытесненной при погружении ртути равен объему образца включающему объем пор.
Метод С – основан на определении объема пор. Образец высушивается, взвешивается, затем кипятится в воде (или другой жидкости), для того чтобы жидкость заполнила поры. После кипячения образец вынимается из жидкости и высушивается только с поверхности. Разность в весе сухого образца и образца с порами заполненными жидкостью позволяет определить объем пор. Зная истинную плотность материала образца можно определить кажущуюся плотность. В Таблице 1 представлены результаты измерения кажущейся плотности некоторых образцов вышеперечисленными методами и результаты измерения тех же образцов на пикнометре GeoPyc 1365. Истинная плотность определена на пикнометре AccuPyc 1340.
Образец | Истинная плотность г/см3 |
Кажущаяся плотность г/см3 |
|||
---|---|---|---|---|---|
Метод А | Метод В | Метод С | Пикнометр GeoPyc | ||
Керн горной породы | 2.718 | - | 2.372 | 2.339 | 2.383 |
Керн горной породы | 2.659 | - | 2.119 | 2.148 | 2.114 |
Бронзовая деталь, спеченная из порошка | 8.559 | 7.342 | - | - | 7.306 |
Бронзовая деталь, спеченная из порошка | 7.854 | 7.156 | - | - | 7.199 |
Керамика | 2.733 | - | 1.961 | - | 1.945 |
Пористый пластик | 0.937 | - | 0.562 | - | 0.552 |
Огнеупорный материал на основе Al2O3 | 3.743 | - | 3.034 | 3.238 | 3.056 |
Окись магния из морской воды | 3.798 | - | 3.510 | 3.555 | 3.480 |
Носитель катализатора | 2.629 | - | 1.620 | - | 1.567 |
Катализатор (хромит меди) | 4.138 | - | 2.008 | 1.868 | 2.021 |
Периклаз (МgO) | 3.370 | - | 3.258 | 3.276 | 3.305 |
Носитель катализатора | 2.247 | - | 0.811 | 0.812 | 0.815 |
Видно, что результаты, полученные на пикнометре GeoPyc, хорошо согласуются с результатами других методов. Однако метод, используемый в приборе, имеет ряд существенных преимуществ:
Пикнометр GeoPyc 1365 полезен и удобен для лабораторий, так как он очень компактный и требует только электричество (никаких газов или жидкостей).
С помощью этого пикнометра может быть проанализировано большое количество разнообразных материалов, начиная от высокопористых и заканчивая непористыми материалами. Примеры таких материалов приведены в Таблице 2.
Наименование образца | Кажущаяся плотность (г/см3) |
Пористость (%) |
Удельный объем пор см3/г |
---|---|---|---|
Обломки каменной породы | 2.469 | 9.39 | 0.038 |
Обломки каменной породы | 2.096 | 21.54 | 0.103 |
Вспененный полиэтилен | 0.032 | 94.10 | 28.98 |
Катализатор (хромит меди) | 1.985 | 52.03 | 0.262 |
Огнеупорный материал | 2.894 | 22.24 | 0.080 |
Отожженная керамика | 1.947 | 28.77 | 0.148 |
Глиняный кирпич | 2.251 | 13.09 | 0.058 |
Пористый пластик | 0.552 | 41.08 | 0.744 |
Глинянное изделие неотожженое | 1.897 | 28.77 | 0.152 |
Глинянное изделие отожженое | 2.279 | 5.66 | 0.025 |
Носитель катализатора (Al2O3) | 1.053 | 66.85 | 0.625 |
Аэрогель | 0.146 | 93.04 | 6.386 |
Прессованый хлорид натрия | 2.103 | 2.34 | 0.011 |
Шестерня из металлического порошка | 6.953 | 10.97 | 0.016 |
Резино-углеродная композиционная нить | 1.497 | 3.68 | 0.025 |
Гранулы боксита | 3.343 | 6.09 | 0.018 |
Гранулы периклаза (MgO) | 3.382 | 2.33 | 0.007 |
Активированный уголь | 0.646 | 68.06 | 1.053 |
Феррит | 3.938 | 46.12 | 0.117 |
Глиняная черепица | 2.491 | 0.132 | 0.001 |
Керн горной породы | 2.362 | 13.10 | 0.055 |
Таблетка оксида железа | 3.732 | 19.88 | 0.053 |
Таблетка (фармацевтич.) | 1.185 | 33.06 | 0.279 |
Керамика для резистора | 3.733 | 1.500 | 0.004 |
В следующей Таблице 3 представлены результаты анализа различных носителей катализаторов на пикнометре GeoPyc 1365. Для сравнения в этой же таблице представлены результаты анализа этих же образцов с помощью ртутного порозиметра.
Номер образца | Пикнометр GeoPyc 1365 | Ртутный порозиметр | ||
---|---|---|---|---|
Кажущаяся плотность г/см3 |
Пористость (%) |
Кажущаяся плотность г/см3 |
Пористость (%) |
|
1 | 1.171 | 61.98 | 1.178 | 64.99 |
2 | 0.814 | 63.73 | 0.807 | 64.08 |
3 | 0.974 | 60.06 | 0.934 | 61.71 |
4 | 0.925 | 65.75 | 0.917 | 66.07 |
5 | 0.836 | 75.93 | 0.873 | 72.92 |
6 | 0.845 | 75.99 | 0.884 | 74.41 |
7 | 0.815 | 66.74 | 0.756 | 70.63 |
8 | 0.728 | 79.41 | 0.767 | 75.03 |
9 | 0.760 | 78.84 | 0.802 | 74.53 |