La densità corrisponde alla massa contenuta in un dato volume. In ogni caso, può essere calcolata in diversi modi.
- La densità “skeletal” si ottiene misurando il volume occupato dal campione escludendola porosità accessibile e lo spazio vuoto tra le particelle all’interno del bulk di polvere. Viene talvolta chiamata come densità “Vera”, “Assoluta” o “Reale”, ma possono essere fuorvianti – la densità skeletal può corrispondere alla densità vera, assoluta o reale solo quando il campione non presenta pori chiusi inaccessibili.
- La densità “Bulk” è ottenuta misurando il volume totale occupato da una massa conosciuta di un materiale. Questo volume include anche il volume dello spazio vuoto interparticellare e il volume dei pori.
- La densità “Tapped” è misurata a seguito di consolidamente del bulk di polvere tramite “tapping” controllato, il quale casa solitamente una diminuzione del volume occupato.
Come posso utilizzarle?
Mentre la densità “Skeletal” è una proprietà intrinseca del materiale che compone il campione, le densità “Bulk” e “Tapped” riflettono il comportamento collettivo delle particelle del campione in condizioni specifiche.
Quando si analizzano polveri, la densità “Skeletal” è influenzata dalla chimica e dalla composizione del campione, mentre le proprietà fisiche come la grandezza delle particelle o la morfologia sono meno rilevanti.
Le densità “Bulk” e “Tapped”, invece, sono altamente influenzate dai cambiamenti nelle grandezze delle particelle e nella morfologia, così come dalle condizioni esterne, o dal modo in cui il materiale è gestito. Queste densità sono collegate alle proprietà reologiche del campione e possono essere usate per capire i diversi comportamenti del campione. Il rapporto tra la densità “Bulk” e la densità “Tapped” è spesso utilizzato come un indice della capacità di una polvere di scorrere. Il rapporto è conosciuto come “Indice di compressibilità o rapporto di Hausner”. Questo rapporto misura la propensione di una polvere ad essere compressa ed è influenzata dalle interazioni interparticellari che influiscono sulle propietà reologiche della polvere.
Come vengono misurate?
Densità “Skeletal”: il miglior modo per misurare la densità “Skeletal” è utilizzando la picnometria a gas, una tecnica non distruttiva che fa affidamento sull’espansione di un gas per misurare accuratamente il volume. Per l’analisi di picnometria a gas vengono comunemente impiegati gas inerti, come l’elio, l’azoto o l’aria. Il campione viene alloggiato all’interno di una camera il cui volume viene periodicamente verificato tramite procedure di calibrazione che viene sigillata e posta sotto pressione con il gas di analisi. Il gas viene poi fatto espandere in una seconda camera di riferimento di volume noto. Viene quindi misurato il cambiamento di pressione del gas utilizzato a seguito di espansione e correlato al volume dal campione all’interno della camera di analisi. La densità “Skeletal” viene quindi calcolata come il rapporto tra la massa di campione inserita nella camera ed il volume occupato che viene misurato.
In Alfatestlab eseguiamo misurazioni della densità “Skeletal” utilizzando il picnometro a gas Accupyc di Micromeritics.
Densità “Bulk”: viene solitamente calcolata disponendo una massa di polvere nota all’interno di un cilindro graduato misurando il volume occupato. Il rapporto del volume lette e del peso del campione fornisce il valore della densità “Bulk”.
In Alfatestlab effettuiamo analisi di densità “bulk” utilizzando il reometro FT4 di Micromeritics con un processo “inverso” rispetto a quello del tradizionale cilindro. La polvere viene posizionata e livellata in un recipiente “splittabile” (lo split è una procedura utilizzata per ottenere un volume di polvere controllato “portandola a volume” noto come per un liquido). A seguito di “split” il campione viene pesato registrando così il peso di un volume noto di polvere. Il vantaggio principale è che lo strumento, prima dello “split”, esegue un condizionamento della polvere con l’obiettivo di omogenizzare il letto di polvere, rimuovendo qualsiasi precompattamento o eccesso di aria e assicurando che i risultati del test successivo siano indipendenti dal modo in cui l’operatore maneggia la polvere e la colloca nel recipiente . La densità risultante da questo processo di misura prende il nome di “Densità Bulk condizionata“.
Densità “Tapped”: la densità “Bulk” della polvere è misurata dopo un consolidamento, effettuato mediante un processo controllato di “tapping”.
In Alfatestlab effettuiamo il consolidamento della polvere con lo strumento Copley JV1000. Con l’FT4 effettuiamo poi il test di “consolidamento” che, oltre al valore della densità “tapped”, fornisce anche il valore dell’energia “tappata” necessaria per lo scorrimento della polvere a seguito del consolidamento.
Cambiamenti dell’energia di scorrimento a seguito di consolidamento sono su una scala relativa fino a 300 volte più rilevanti delle variazioni di volume.
E naturalmente possiamo sempre tornare al cilindro, se lo preferite.
Scopri come Alfatestlab può aiutarvi nell’analisi della densità!
