密度測定

密度測定とは

固体や粒子の密度は、「真密度」「見掛け密度」「かさ密度」など、定義の異なる複数の密度が存在します。
密度とは、試料の単位体積に含まれる質量(単位例:kg/m3)をいい、比重とは、試料の質量と、それと同体積の圧力1013.25 hPaのもとにおける4°Cの純粋な水の質量との比(単位なし)をいいます。定義の異なる密度について

定義の異なる密度について

各密度から、下記の計算により、開気孔率、閉気孔率、全気孔率が求められます。

開気孔率=(見掛け密度-かさ密度)/見掛け密度×100(%)
閉気孔率=全気孔率-開気孔率
全気孔率=(真密度-かさ密度)/真密度×100(%)

1.真密度測定

真密度(真比重)測定は、開細孔等が無くなるように試料をよく粉砕し、ゲーリュサック型比重瓶(ピクノメータ)法を用いて測定します。試料の空隙を完全に液体で脱気置換し、その重量と体積の 関係を計算し、真密度(真比重)を求めます。

真密度測定の適用分野(サンプル仕様)

2.見掛け密度測定

見掛け密度(見掛け比重)測定には、(1)液中ひょう量法,(2)気体置換法,(3)ルシャテリエ比重瓶法,(4)液浸法が適用されます。

(1)液中ひょう量法

液中ひょう量法の特徴

液中ひょう量法の適用分野(サンプル仕様)

(2)気体置換法

図2構成概略で、同一体積を持った空の試料室Vcと比較室VAの間に遮断弁を設け、試料室を1気圧まで加圧後、遮断弁を開けて比較室へガスを解放すると、試料室の圧力は1/2気圧に低下します。サンプルを入れて試料室の体積が1/2になった場合には、同様の操作によって得られる圧力は1/3気圧になります。

圧力と体積の関係は、気体の状態方程式、すなわち PV=nRT に従うため、圧力Pの測定からサンプルの体積Vpを算出することができます。

Vp=Vc-VA/(P1/P2-1)

Vp:試料の体積 (m3)
Vc:試料セル空間の容積 (m3)
VA:膨張空間の容積 (m3)
P1:Vcに試料を入れ、大気圧以上に加圧した際の系内の圧力 (Pa)
P2:系内圧力P1状態からVcとVAの間にある電磁弁を開いた際の系内の圧力(P2<P1) (Pa)


図2 気体置換密度測定装置の構成概略

気体置換法の特徴

装置仕様

気体置換法の適用分野(サンプル仕様)

(3)ルシャテリエ比重瓶法


図3.ルシャテリエ比重瓶法

ルシャテリエ比重瓶法の特徴

ルシャテリエ比重瓶法の適用分野(サンプル仕様)

★ゲーリュサック型やハーバード型比重瓶法にも対応可能です。ご相談下さい。

(4)液浸法

液浸法の特徴

液浸法の適用分野(サンプル仕様)

アルミニウムの見掛け密度測定の例

<試料>
材質:アルミニウム 状態:固体 形状:直方体

<測定結果>
・試験片体積が約1cm3以上 ⇒文献値との差は±0.5%程度。
・試験片体積が約0.7cm3未満 ⇒文献値との差は±7%程度。


図 アルミニウムの見掛け密度測定結果

3.かさ密度測定

かさ密度(見掛け比重)測定には、(1)容器法、(2)漏斗法、(3)幾何学的測定法が適用されます。
また粉体試料を対象とした場合、容器に「ゆるく」充填した場合の「ゆるめ(ゆるみ)かさ密度」と,容器をタッピングしながら充填した「固めかさ密度(タップ密度)」があります。(図3)

かさ密度測定の適用分野(サンプル仕様)

微粉のタップ密度測定の例

タップ密度は,測定容器に粉体試料を入れ、容器を硬い台上に落下させてタッピングを行い,試料の表面高さが変化しなくなったとき(密充填)のかさ密度をいいます。各分野の JIS 規格や日本薬局方等で使用されており、規格ごとに容器の詳細やタッピングの掛け方が規定されています。

JIS Z 2512「金属粉―タップ密度測定方法」及び、日本薬局方(2水準)にて、タップ密度を測定しました。結果は図2の通りです。

  条件1:JIS Z 2512
(金属粉)
条件2:日本薬局方 条件3:日本薬局方
タップストローク 3mm 3mm 14mm
タップ速度 125回/分 250回/分 300回/分
測定容器の容積 100cm3 250cm3 250cm3
試料量 100mL容器の 擦切り量(最大量) 50g(見掛け密度小さい為)
タップ回数 100~3000回

図2.微粉のタップ密度測定結果

★各公定法(ISO,JIS,日本薬局方等)に準拠したタップ密度の評価が可能です。

公的規格

【真密度】

【見掛け密度】

 (1)液中ひょう量法

(2)気体置換法

(3)ルシャテリエ比重瓶法

 ※ゲーリュサック型やハーバード型比重瓶法にも対応可能です。

(4)液沈法

【かさ密度】

(1)ゆるめ

(2)固め(タップ)

参考技術資料

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