مقدمة
عادةً ما تكون اختبارات الكثافة على المواد العجينية مثل المعاجين الموصلة للحرارة وذوبان البوليمر وملاط البطاريات وما إلى ذلك صعبة للغاية. لا يمكن إجراؤها من خلال طريقة أرخميدس التقليدية لأن هذه المواد قد تمتص الماء أثناء الغمر أو تحتاج إلى فحصها تحت درجات حرارة عالية، كما هو الحال في ذوبان البوليمر. ومع ذلك، تتطلب العديد من الاختبارات قيمة الكثافة كمؤشر لإجراء المزيد من التحليلات. تتضمن الأمثلة تطبيق الكثافة لحساب التوصيل الحراري للعجينة الحرارية من خلال تحليل الوميض الليزري (LFA)؛ واستخدام الكثافة الأولية للعينة كمرجع لتحليل التمدد الحراري في قياس التمدد الحراري (DIL)؛ وبالطبع تطبيق كثافة العينة في الاختبارات الانسيابية، حيث تكون مطلوبة أيضًا لتدفق الضغط. لذلك، من المهم جدًا وجود طريقة سريعة ودقيقة لقياس الكثافة. وباستخدام اللوحة المتوازية لمقياس الانسيابية الدورانية، يمكن قياس قيمة كثافة المواد العجينية بسرعة ودقة.
شروط القياس وتحضير العينة
شروط القياس مفصلة في الجدول 1. يوضح الشكل 1 شحمًا حراريًا يحتوي على نسبة عالية جدًا من المواد الصلبة، ويظهر حالة شبه صلبة غير قابلة للتدفق. ولتحديد كثافة هذا المعجون، يتم استخدام صفيحة ذات قطر أكبر، مثل الصفيحة التي يبلغ قطرها 60 مم الموضحة في هذا المثال. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري الفصل السريع للوحة السفلية، لأننا نحتاج إلى وضع اللوحة السفلية على الميزان ووزن العينة.
الجدول 1: شروط القياس
| العينة | الشحوم الحرارية |
|---|---|
| درجة الحرارة | 25°C |
| الهندسة | صفيحة متوازية (60 مم) |
| وضع الاختبار | الفجوة اليدوية |
إجراء القياسات
بعد تصفير الفجوة، استنادًا إلى اللوحة السفلية القابلة للفصل بسرعة في مقياس الانسيابية الدورانية NETZSCH Kinexus، تمت إزالة اللوحة السفلية ووضعها على الميزان. تم وزن كتلة العينة (الشكل 2). بعد ذلك، تم تركيب اللوح السفلي مرة أخرى في الخرطوشة. تم تعيين قيمة فجوة محددة. تم الاحتفاظ بهذه الفجوة لتحرير الضغط الداخلي للعينة بالكامل. تم رفع اللوحة العلوية لأعلى، بحيث ظهرت بصمة دائرية واضحة على المادة. ونظرًا للتوتر السطحي لهذا النوع من مادة العجينة القابلة للتدفق، يمكن أن تشكل دائرة قياسية بعد خضوعها لمثل هذا الضغط الكبير. بعد ذلك، يمكننا استخدام الفرجار الورنييه لقياس قطر البصمة الدائرية كما هو موضح في الشكل 3، ويمكن حساب حجم العينة بدقة من خلال المعادلة التالية:
V = πr2h
V: الحجم [مم3]، r: نصف قطر البصمة الدائرية [مم]
h: الفجوة [مم]
يمكن أيضًا الحصول على الكثافة على النحو التالي:
ρ = m/V
ρ: الكثافة [جم - مم- 3]، م: الكتلة [جم]، V: الحجم [مم -3]
نتائج القياس
كانت كتلة العجينة الحرارية 2.5 جم، وكانت فجوة التثبيت 0.5 مم، وكان قطر البصمة الدائرية 55.76 مم، وأخيرًا، كانت الكثافة المحسوبة النهائية 2.048 جم/سم مكعب (انظر الجدول 2).
الجدول 2: نتائج القياس
| الكتلة / جم | الفجوة / مم | القطر / مم | الحجم / مم³ | الكثافة / جم/سم مكعب |
|---|---|---|---|---|
| 2.5 | 0.5 | 55.76 | 1220.97 | 2.048 |
الخاتمة
عندما نواجه عينات غير صلبة، مثل المواد العجينية المعرضة لامتصاص الماء أو ذوبان البوليمر التي تتطلب درجات حرارة اختبار عالية، لا يمكن استخدام طريقة أرخميدس لاختبار الكثافة. يمكننا إجراء اختبار كثافة سريع ودقيق باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية مع لوحة متوازية قابلة للفصل بسرعة.