La densité est une propriété fondamentale et importante des matériaux. Si la densité réelle d'une substance pure est facile à conceptualiser et à comprendre, ce n'est pas la seule densité qui importe aux ingénieurs et aux spécialistes des matériaux. Il est également intéressant de mesurer la densité effective des matériaux en vrac tels qu'ils sont emballés, transportés ou utilisés. Pour les matériaux granulaires, poreux et de forme irrégulière, cette densité effective peut varier de manière significative par rapport à la densité réelle en fonction de la définition du volume et de l'état de l'emballage qui sont pertinents pour le processus étudié.

La densité d'enveloppe d'un matériau est sa masse divisée par son volume lorsque le volume est déterminé en incluant celui des espaces poreux à l'intérieur du matériau. La densité apparente est également définie comme la masse du matériau divisée par son volume, mais le volume est celui dans lequel la masse du matériau peut être confinée. En d'autres termes, ce volume comprend les espaces interstitiels (ou vides) entre les objets, ainsi que les espaces poreux à l'intérieur des objets. À partir de ces mesures, le GeoPyc® 1360 de Micromeritics peut déterminer la densité de l'enveloppe et la densité apparente, ainsi que d'autres données, telles que le pourcentage de porosité.

Densité de l'enveloppe

L'évaluation de la densité de l'enveloppe exige qu'une distinction critique soit faite entre la fin des irrégularités ou de la rugosité de la surface et le début de la porosité interne. Les résultats de la densité de l'enveloppe dépendent toujours de la classification des espaces vides en tant que pores ou irrégularités de surface. Considérons, par exemple, l'illustration ci-dessous, qui représente une coupe transversale bidimensionnelle d'un échantillon d'objet typique qui est à la fois poreux et de forme irrégulière.

Dans la figure 1, les lignes en pointillé représentent plusieurs définitions également défendables, bien qu'arbitraires, des ouvertures qui sont des entrées de pores et de celles qui sont des irrégularités de surface. Diverses méthodes de détermination de la densité de l'enveloppe utilisent des définitions différentes. Chaque définition entraîne une mesure différente du volume de l'échantillon, de sorte que les valeurs de densité qui en résultent varient également.

Lors de l'analyse GeoPyc, le volume d'une quantité de poudre fine, sèche et fluide, appelée ^DryFlo®, est mesuré. L'échantillon est ensuite immergé dans le DryFlo et le volume de déplacement de l'échantillon est mesuré. Comme le DryFlo s'adapte aux irrégularités de la surface comme le ferait un liquide, mais ne pénètre pas dans les pores les plus petits (dont le diamètre d'entrée est inférieur à environ 25 microns), il est possible de mesurer le volume d'échantillons de forme irrégulière ou même d'échantillons en plusieurs parties, et de calculer leur densité et leur porosité. L'analyse est rapide et silencieuse, et elle est généralement non destructive pour l'échantillon.

Densité en vrac

Les mesures de la densité apparente varient également en fonction des conditions dans lesquelles le volume de l'échantillon est mesuré. Par exemple, un seau de sable sec peut sembler plein, mais son contenu peut se tasser lorsqu'il est secoué, ce qui permet d'ajouter du sable. En général, plus le seau est secoué vigoureusement, plus le sable est tassé et plus le seau peut contenir de sable.

De même, une colonne haute d'une poudre fine, telle que la farine de boulangerie, se tasse plus fortement lorsqu'elle est soumise à une vibration qu'une colonne courte, en raison du poids de la farine qui se trouve au-dessus dans la colonne haute. Ici, la hauteur de la colonne, l'intensité de la vibration et la durée de la vibration sont toutes d'une importance cruciale pour définir le test. Toute variation d'une ou plusieurs de ces variables peut modifier les résultats de manière significative.

Les caractéristiques de tassement d'un matériau sont utiles pour l'emballage et l'expédition d'une grande variété de produits. À cette fin, la densité apparente est parfois déterminée à l'aide de la méthode du "tapotement", qui consiste à placer l'échantillon dans un cylindre gradué et à le frapper vigoureusement sur une surface un nombre prédéterminé de fois. Le résultat varie en fonction du nombre de coups et de l'intensité du tapotement. Aucun contrôle n'est exercé sur le degré de compactage de l'échantillon, de sorte que les résultats peuvent ne pas être reproductibles.

Plutôt que de compacter l'échantillon en le tapotant, le GeoPyc de Micromeritics le consolide à l'intérieur de la chambre à échantillon jusqu'à ce qu'une force spécifiée soit atteinte. La force est mesurée avec précision et elle est vérifiable ; les résultats sont hautement reproductibles. Le volume est mesuré à la force spécifiée.

Concordance avec d'autres méthodes

Le GeoPyc est unique en ce sens qu'il offre à l'utilisateur le choix de déterminer les résultats de la densité de manière empirique ou d'ajuster une variable d'entrée pour tenir compte de toute différence entre la méthode par laquelle le volume de l'échantillon a été obtenu par le GeoPyc et une méthode antérieure.

Dans le cas de la densité de l'enveloppe, la concordance avec une autre méthode de mesure du volume de l'échantillon est obtenue par étalonnage avec un échantillon évalué par l'autre technique. Il suffit d'effectuer un étalonnage avec le GeoPyc, en utilisant comme échantillon un matériau évalué selon l'autre procédure. Lorsqu'on vous le demande, entrez la valeur de l'autre procédure. Par la suite (ou jusqu'à indication contraire), l'instrument ajuste ses calculs pour tenir compte de la différence entre les méthodes de mesure du volume. Pour que les résultats de la densité apparente concordent avec ceux obtenus par une autre méthode de mesure, l'analyse doit être effectuée en utilisant une force de consolidation qui entraîne le même degré de consolidation que celui utilisé dans la méthode précédente. Pour découvrir cette force, l'opérateur effectue simplement quelques essais en utilisant différentes forces. La force qui produit des données dupliquant les données précédentes doit être utilisée pour les analyses ultérieures avec le GeoPyc, ce qui permet un excellent contrôle du degré de compactage de l'échantillon et de la répétabilité des résultats.