Die Dichte ist eine grundlegende und wichtige Materialeigenschaft. Während die tatsächliche Dichte einer reinen Substanz leicht zu erfassen und gut zu verstehen ist, ist sie nicht die einzige Dichte, die für Ingenieure und Materialwissenschaftler wichtig ist. Es lohnt sich auch, die effektive Dichte von Schüttgütern zu messen, die verpackt, transportiert oder verwendet werden. Bei körnigen, porösen und unregelmäßig geformten Materialien kann diese effektive Dichte je nach Definition des Volumens und des Verpackungszustands, der für den untersuchten Prozess relevant ist, erheblich von der tatsächlichen Dichte abweichen.

Die Umhüllungsdichte eines Materials ist seine Masse geteilt durch sein Volumen, wenn das Volumen einschließlich des Volumens der Porenräume im Material bestimmt wird. Die Schüttdichte ist ebenfalls definiert als die Masse eines Materials geteilt durch sein Volumen, aber das Volumen ist dasjenige, in dem die Masse des Materials eingeschlossen werden kann. Mit anderen Worten, dieses Volumen umfasst die Zwischenräume (oder Leerräume) zwischen den Objekten sowie die Porenräume innerhalb der Objekte. Aus solchen Messungen kann das GeoPyc® 1360 von Micromeritics die Hüllendichte und die Schüttdichte sowie andere Daten wie die prozentuale Porosität bestimmen.

Dichte des Umschlags

Die Beurteilung der Hüllendichte erfordert eine kritische Unterscheidung, wo Oberflächenunregelmäßigkeiten oder Rauheit enden und wo innere Porosität beginnt. Die Ergebnisse der Hüllendichte hängen immer von der Klassifizierung der Hohlräume als Poren oder Oberflächenunregelmäßigkeiten ab. Die folgende Abbildung zeigt einen zweidimensionalen Querschnitt eines typischen Probenobjekts, das sowohl porös als auch unregelmäßig geformt ist.

In Abbildung 1 stellen die gestrichelten Linien mehrere gleichwertige, wenn auch willkürliche Definitionen dafür dar, welche Öffnungen Poreneingänge und welche Oberflächenunregelmäßigkeiten sind. Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Hüllendichte verwenden unterschiedliche Definitionen. Jede Definition führt zu einer anderen Volumenmessung für die Probe, so dass auch die resultierenden Dichtewerte variieren.

Bei der GeoPyc-Analyse wird das Volumen einer Menge eines feinen, trockenen, frei fließenden Pulvers, ^DryFlo® genannt, gemessen. Die Probe wird dann in das DryFlo getaucht und das Verdrängungsvolumen der Probe gemessen. Da DryFlo sich Oberflächenunregelmäßigkeiten ähnlich wie eine Flüssigkeit anpasst, aber nicht in die kleinsten Poren eindringt (mit Eintrittsdurchmessern kleiner als etwa 25 Mikrometer), kann das Volumen von unregelmäßig geformten oder sogar mehrteiligen Proben gemessen und ihre Dichte und Porosität berechnet werden. Die Analyse erfolgt schnell und leise und ist im Allgemeinen zerstörungsfrei für die Probe.

Schüttdichte

Die Messung der Schüttdichte hängt wiederum von den Bedingungen ab, unter denen das Volumen der Probe gemessen wird. Ein Eimer mit trockenem Sand kann zum Beispiel voll erscheinen, aber sein Inhalt kann sich beim Schütteln absetzen, so dass mehr Sand hinzugefügt werden kann. Im Allgemeinen gilt: Je kräftiger der Eimer geschüttelt wird, desto fester ist der Sand gepackt und desto mehr Sand kann der Eimer enthalten.

Ähnlich verhält es sich mit einer hohen Säule eines feinen Pulvers, wie z. B. Backmehl, das sich aufgrund des Gewichts des Mehls oben in der hohen Säule bei der Vibration fester verpackt als eine kurze Säule. In diesem Fall sind die Höhe der Säule, die Intensität der Vibration und die Dauer der Vibration von entscheidender Bedeutung für die Durchführung des Tests. Jede Abweichung bei einer oder mehreren dieser Variablen kann die Ergebnisse erheblich verändern.

Die Setzungseigenschaften eines Materials sind bei der Verpackung und dem Versand einer Vielzahl von Produkten von Nutzen. Zu diesem Zweck wird die Schüttdichte manchmal mit der "Klopf"-Methode bestimmt, bei der die Probe in einen Messzylinder gegeben und eine vorher festgelegte Anzahl von Klopfvorgängen auf eine Oberfläche ausgeübt wird. Das Ergebnis variiert je nach Anzahl der Klopfvorgänge und der Intensität des Klopfens. Der Grad der Verdichtung der Probe wird nicht kontrolliert, so dass die Ergebnisse möglicherweise nicht reproduzierbar sind.

Anstatt die Probe durch Klopfen zu verdichten, wird sie mit dem GeoPyc von Micromeritics in der Probenkammer verfestigt, bis eine bestimmte Kraft erreicht ist. Die Kraft wird genau gemessen und ist überprüfbar; die Ergebnisse sind in hohem Maße wiederholbar. Das Volumen wird bei der angegebenen Kraft gemessen.

Übereinstimmung mit anderen Methoden erreichen

Das GeoPyc ist insofern einzigartig, als es dem Benutzer die Wahl lässt, die Dichteergebnisse empirisch zu bestimmen oder eine Eingangsvariable anzupassen, um Unterschiede zwischen der Methode, mit der das Probenvolumen durch das GeoPyc ermittelt wurde, und einer früheren Methode zu berücksichtigen.

Im Falle der Hüllkurvendichte wird die Übereinstimmung mit einer anderen Methode zur Messung des Probenvolumens durch Kalibrierung mit einer nach dem anderen Verfahren ausgewerteten Probe erreicht. Führen Sie einfach einen Kalibrierungslauf mit dem GeoPyc durch, wobei Sie als Probe ein Material verwenden, das nach dem anderen Verfahren bewertet wurde. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, geben Sie den Wert aus dem anderen Verfahren ein. Danach (oder bis zu einer gegenteiligen Anweisung) passt das Gerät seine Berechnungen an, um den Unterschied in den Volumenmessmethoden zu berücksichtigen. Damit die Ergebnisse der Schüttdichte mit denen einer anderen Messmethode übereinstimmen, sollte die Analyse mit einer Verfestigungskraft durchgeführt werden, die zu demselben Verfestigungsgrad führt, der bei der vorherigen Methode verwendet wurde. Um diese Kraft zu ermitteln, führt der Bediener einfach einige Versuche mit verschiedenen Kräften durch. Die Kraft, die zu Daten führt, die mit den vorherigen Daten übereinstimmen, sollte für nachfolgende Analysen mit dem GeoPyc verwendet werden, was eine ausgezeichnete Kontrolle über den Grad der Probenverdichtung und die Wiederholbarkeit der Ergebnisse ermöglicht.