Zkoušky hustoty pastovitých materiálů pomocí rotačního reometru

Úvod

Zkoušky hustoty u pastovitých materiálů, jako jsou teplovodivé pasty, polymerní taveniny, bateriové suspenze apod., jsou obvykle poměrně obtížné. Nelze je provádět běžnou Archimédovou metodou, protože tyto materiály mohou při ponoření absorbovat vodu nebo je třeba je zkoumat za vysokých teplot, jako je tomu u polymerních tavenin. Mnoho zkoušek však vyžaduje hodnotu hustoty jako ukazatel pro další analýzy. Příkladem může být použití hustoty pro výpočet tepelné vodivosti termální pasty pomocí laserové bleskové analýzy (LFA); použití počáteční hustoty vzorku jako referenční hodnoty pro analýzu tepelné roztažnosti při dilatometrii (DIL); a samozřejmě použití hustoty vzorku při reologických zkouškách, kde je rovněž vyžadována pro stlačování toku. Proto je velmi důležitá rychlá a přesná metoda měření hustoty. Pomocí paralelní desky rotačního reometru lze rychle a přesně změřit hodnotu hustoty pastovitých materiálů.

Podmínky měření a příprava vzorků

Podmínky měření jsou podrobně uvedeny v tabulce 1. Na obrázku 1 je znázorněn tepelný tuk s velmi vysokým obsahem pevné látky, který vykazuje netečný kvazi-pevný stav. Pro stanovení hustoty této pasty se používá deska o větším průměru, jako je například deska o průměru 60 mm zobrazená v tomto příkladu. Kromě toho je nutné rychlé oddělení spodní desky, protože potřebujeme spodní desku umístit na váhy a vzorek zvážit.

Tabulka 1: Podmínky měření

Provedení měření

Po vynulování mezery na základě rychle odnímatelné spodní desky rotačního reometru NETZSCH Kinexus byla spodní deska sejmuta a umístěna na váhy. Byla zvážena hmotnost vzorku (obr. 2). Poté byla spodní deska instalována zpět do kazety. Byla nastavena specifická hodnota mezery. Tato mezera byla udržována tak, aby se plně uvolnilo vnitřní napětí vzorku. Horní deska se zvedla nahoru, takže se na materiálu objevil zřetelný kruhový otisk. Vzhledem k povrchovému napětí tohoto druhu tekutého pastovitého materiálu může po tak výrazném stlačení vytvořit standardní kruh. Poté můžeme pomocí posuvného měřítka změřit průměr kruhového otisku, jak je znázorněno na obrázku 3, a objem vzorku lze přesně vypočítat podle následujícího vzorce:

V = ^πr2h

V: objem [^mm3], r: poloměr kruhového otisku [mm]
h: mezera [mm]

Hustotu lze také získat jako:

ρ = m/V

ρ: HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota [^g-mm-3], m: hmotnost [g], V: objem [^mm3]

Výsledky měření

Hmotnost termální pasty byla 2,5 g, nastavovací mezera 0,5 mm, průměr kruhového otisku 55,76 mm a konečná vypočtená HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota 2,048 g/cm³ (viz tabulka 2).

Tabulka 2: Výsledky měření

Závěr

Pokud se setkáme s netvrdými vzorky, jako jsou pastovité materiály náchylné k absorpci vody nebo polymerní taveniny vyžadující vysoké zkušební teploty, není možné použít Archimédovu metodu pro zkoušení hustoty. Rychlé a přesné testování hustoty můžeme provádět pomocí rotačního reometru s rychle odnímatelnou paralelní deskou.