压汞法一般常用于测定样品的总孔体积,测试结果的度能够低于1%。除此之外,压汞法还能够用于计算样品的堆积密度和骨架密度。很明显,压汞法是不能够直接测量密度,而是进行体积测试,再根据操作人员所提供的质量来完成密度的计算。
计算流程:
骨架密度和堆密度的其中一个偏差来自于方程(1)。方程(1)是将一个多孔材料置于一个膨胀计组件内进行堆密度计算的简化方程式。膨胀计的内部体积,包含了杆和毛细管的体积,这两个体积可通过填充汞和称量的流程预先确定。假设膨胀计内已经放入样品,汞已经填充占满除样品外的所有剩余空间。该方程写作:
vs(b) = vpen – vhg (1)
此处:
vs(b):样品的堆密度
vpen:膨胀计的总的内部体积
vhg:汞占据的空间体积
整个测试过程需要提供一系列的质量数据。空膨胀计组件的质量,膨胀计组件包含密封硬件的质量,放入样品后密封的膨胀计组件质量,放入样品并充满汞后的密封膨胀计组件质量。从这些质量数据,可以得到汞所占据的空间体积:
vhg = whg / hg (2)
此处:
whg=填充的汞的质量
hg=25f的汞的密度(13.5335g/cc)
汞质量是:
whg = wpshg - wpen – ws (3)
此处:
wpshg = 总质量,
wpen = 膨胀计和硬件质量
ws =样品质量
wpshg和ws由操作员添加,从总质量中扣除。
联立(3)和(2)式,可得:
vhg = wpshg - wpen - ws / hg (4)
将(4)代入(1),可得:
vs(b) = vpen - [ wpshg - wpen - ws / hg ] (5)
使用样品质量ws除以vs(b),即可算出堆密度s(b),
s(b) = ws / vs(b) (6)
从堆体积中,扣除汞所填充的总孔体积,即可获得骨架体积,vs(s):
vs(s) = vs(b) – vp (7)
报告得出的一般是每克材料的孔体积,ps。用ps乘以总质量即可算出总孔体积。
vs(s) = vs(b) – wsps (8)
骨架密度s(s)可通过样品质量除以总孔体积计算得出。
s(s) = ws / vs(s) (9)
误差分析
使用压汞法计算密度存在一些误差,有时甚至会得出错误的结果数据。出现问题数据的原因主要来自于方程(5)。因为vs(b)是由两个差距特别小,几乎相等的数相减而来。这些数字通常比vs(b)大十倍以上。因此,1%的误差会变成10%。并且,用于计算vs(b)的所有数据,都通过称量过程获取。(vpen通过称量填充满汞的膨胀计,用此质量除以室温下汞的密度计算得出。)
仪器影响vs(b)的主要机会是填充过程。若膨胀计未被*填充,差额的体积将分配成样品体积。另外,温度的差异也会引起轻微的误差,因为在一些仪器中,都统一将汞在25℃下的密度假设为常数13.5335。测试开始后,需要施加压力进行孔径测试,也会影响到堆体积,因为压力较高时,会有汞逐步填充进入较小的孔中。如果材料在100微米范围内具有明显的孔体积分布,需要更高度和重复性的起始压力,才能获取重复性高的堆体积测试结果。
骨架密度vs(s)的测量度首先取决于vs(b)的度,其次是孔体积测试的度。
导致测试出的骨架密度与手册值不符的主要原因是材料存在一些汞无法进入的闭孔、一些即便是高压条件下汞也无法进入的小孔以及样品的压缩。对有机材料,压缩现象特别明显。塑料材料在60000psi的时候,体积减少可高达10%,同时伴随着密度的变化。
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