Densitetstest af pastaagtige materialer med rotationsreometer

Introduktion

Densitetstest på pastaagtige materialer som varmeledende pastaer, polymersmelter, batteriopslæmninger og så videre er normalt ret vanskelige. De kan ikke udføres ved hjælp af den konventionelle arkimediske metode, fordi disse materialer kan absorbere vand under nedsænkning eller skal undersøges under høje temperaturer, som polymersmelter gør. Mange tests kræver dog densitetsværdien som et indeks for yderligere analyser. Eksempler omfatter anvendelse af densiteten til at beregne varmeledningsevnen for termisk pasta gennem laser flash-analyse (LFA); anvendelse af prøvens oprindelige densitet som reference til at analysere den termiske udvidelse i dilatometri (DIL); og selvfølgelig anvendelse af prøvens densitet i reologiske tests, hvor den også er nødvendig for squeeze flow. Derfor er en hurtig og nøjagtig metode til måling af densiteten meget vigtig. Ved at bruge den parallelle plade på rotationsreometeret kan densitetsværdien af pastøse materialer måles hurtigt og præcist.

Målebetingelser og prøveforberedelse

Målebetingelserne er beskrevet i tabel 1. Figur 1 viser en termisk fedt med et meget højt faststofindhold, der udviser en ikke-flydende kvasi-fast tilstand. For at bestemme densiteten af denne pasta bruges en plade med større diameter, som f.eks. den 60 mm plade, der er vist i dette eksempel. Desuden er det nødvendigt hurtigt at tage den nederste plade af, fordi vi skal placere den nederste plade på vægten og veje prøven.

Tabel 1: Målebetingelser

Gennemførelse af målingerne

Efter nulstilling af mellemrummet, baseret på den hurtigt aftagelige nedre plade på NETZSCH Kinexus rotationsreometer, blev den nedre plade fjernet og placeret på vægten. Prøvens masse blev vejet (figur 2). Derefter blev den nederste plade sat tilbage i patronen. Der blev indstillet en specifik spalteværdi. Dette mellemrum blev holdt for at frigøre prøvens indre spændinger fuldt ud. Den øverste plade blev løftet opad, så der kom et tydeligt cirkulært aftryk på materialet. På grund af overfladespændingen i denne type flydende pastamateriale kan det danne en standardcirkel efter at have gennemgået en så betydelig kompression. Derefter kan vi bruge en skydelære til at måle diameteren på det cirkulære aftryk som vist i figur 3, og prøvens volumen kan beregnes nøjagtigt ved hjælp af følgende formel:

V = ^πr2h

V: volumen [^mm3], r: radius af det cirkulære aftryk [mm]
h: mellemrum [mm]

Densiteten kan også fås som:

ρ = m/V

ρ: densitet [^g-mm-3], m: masse [g], V: volumen [^mm3]

Resultater af målinger

Den termiske pasta havde en masse på 2,5 g, indstillingsspalten var 0,5 mm, den cirkulære aftryksdiameter var 55,76 mm, og endelig var den endelige beregnede densitet 2,048 g/cm³ (se tabel 2).

Tabel 2: Måleresultater

Konklusion

Når vi støder på ikke-faste prøver, som f.eks. pastaagtige materialer, der er tilbøjelige til at absorbere vand, eller polymersmelter, der kræver høje testtemperaturer, er det ikke muligt at bruge den arkimediske metode til densitetstest. Vi kan udføre hurtig og præcis densitetstestning ved hjælp af et rotationsreometer med en hurtigt aftagelig parallelplade.