Применение пикнометра GeoPyc 1365 для анализа кажущейся плотности


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:

  • Быстрый. В то время как измерения по методам А и С занимают более часа, пикнометр GeoPyc 1365 завершает анализ и выдает окончательный результат за 5-20 мин.
  • Автоматический. Так как анализ автоматический, исключается возможность ошибки оператора.
  • Неразрушающий и нетоксичный. Используемая в приборе квазижидкая среда нетоксична (как ртуть в методе В) и легко удаляется после анализа. Ее можно использовать для другого образца.

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
07.08.2017