型真密度分析仪测试

器的精密度很高。
4.2、硬质聚氨酯泡沫塑料闭孔率的重现性测试
设置仪器为校正模式；最大运行次数：5 次；其他条件不变。
4.2.1 将一块手工调配搅拌的硬质聚氨酯自由发泡泡沫塑料制成 5 块试样，分别进行测试，记录并
处理测试结果如下表 2：
试样编 号
1 2 3 4 5 平均值 标准偏差
重量 g
1.4427 1.3508 1.4407 1.5706 1.6235 / /
关键词：真密度仪 闭孔率 开孔率 硬质聚氨酯泡沫
1、 前言
硬质聚氨酯泡沫塑料是多元醇和异氰酸酯在交联剂、催化剂 、表面活性剂、发泡剂等助剂作 用下形成的一种气体填充的泡沫塑料。这种泡沫塑料是由高聚物固体孔壁和泡孔内的气体两相组 成。高聚物体积含量一般是 5-15%，泡孔内气体体积含量一般是 85—95%。泡孔有开闭之分，如果 泡孔是封闭的，气体是彼此隔离的就叫闭孔泡，如果泡孔是彼此连通的，气体是连续的就叫开孔泡。
ULTRAFOAM 1000 型真密度分析仪的基本测试原理符合 ISO4590-2002 所述两种方法中的“体积 膨胀法”，但它是依据 ASTM D 6226-98［4］规定的方法而设计的。根据波义耳-马略特定律，通过等 温过程理想气体状态方程，用标准体积钢球标出两室体积（样品池和附加参考池），然后再通过两 室体积计算出试样的不可透过体积。由不可透过体积与样品已知质量之比，即可得试样的真实密度。 因为该真密度分析仪能测试试样的不可透过体积，仪器中安装了两个测试程序，一是真密度测试： ULTRAPYCNOMETER；另一是闭（开）孔率测试：ULTRAFOAM。测试原理示意图如（图 1）
不透过体积 VP1 cm3
50.48 42.84 45.04 39.11 48.86 / /
不透过体积 VP2 cm3
47.25 39.95 42.14 36.42 45.76 / /
校正闭孔率%
96.23 95.88 95.34 95.96 96.36 95.95 0.35
误差分析：对于同一样品进行 5 组重复测试，产生的误差因素可归纳如下： a、 制备的试样不够规则，面与面之间的平行度不够好，测量的线性尺寸不够精确，造成要给仪器
1 2 3 4 5 平均值 标准偏差
重量 g
2.5460 2.1794 2.2616 1.9990 2.4808 / /
表观体积 cm3
55.81 47.69 50.28 43.56 53.92 / /
表观密度 g/cm3
0.04562 0.04570 0.04498 0.04589 0.04601 0.04564 0.0004
输进参与计算的几何体积不够准确，产生测试误差。 b、 试样自身的密度分布不均匀，泡沫局部也有可能存在较大的闭孔泡。
运行次数说明：如果前三次运行的结果偏差小于 0.005%,仪器会停止运行,否则会再运行一次, 前四次平均值作为计算结果，如果偏差还未达到要求，直到运行到规定的最大运行次数，最后 3 次 的运行结果的平均值作为计算结果。
试样制备:用薄刀片和直尺切割试样，试样长度:25 mm≤L≤35mm,试样宽度 25mm≤w≤35mm， 试样高度 60 mm≤h≤70mm，L 和 W 尽量一致。
4、结果分析 4.1、仪器的精密度测试
设置仪器执行非校正模式；选择单次测量。 对一块硬质泡沫塑料手动重复测量 5 次，如果泡沫中间出现变形，废除该测试组，重新选择泡 沫进行测试。记录并处理测试结果如表 1：
4
表1
一块泡沫 5 次测试结果
序数
不透过体积 cm3
1
49.34
2
49.35
3
49.33
4
49.34
表2
手工自由泡测试结果
表观体积 表观密度 不透过体积
不透过体积
cm3
g/cm3
VP1 cm3
VP2 cm3
51.76
0.02787
42.51
39.65
48.22
0.02801
40.83
38.27
46.96
0.03068
40.68
38.76
52.27
0.03004
44.90
42.74
54.17
0.02997
2、测试原理介绍
2.1 ISO4590 测定的原理 以往测试硬质聚氨酯泡沫塑料的闭（开）孔率，一般是按照国标 GB10799［1］或国际 ISO4590［2］
标准进行(GB10799 几乎完全是参照 ISO4590 制订)。但无论采用标准中规定的“体积膨胀法”还是 “压力变化法”，实际操作都很繁琐。为校正制备试样时被人为切破的泡孔，标准中要求使用 3 组 不同尺寸规格的 9 块试样进行测试；再将各试样测得的表观开孔率ωγ对其比表面积γ（即表面积 S/几何体积 Vg）作图，外推至γ=0，才能得到校正开孔率ω0，再由ψ0 = 100-ω0 算出校正闭孔率 ψ0。这样不只是测试操作和数据处理繁琐，制备 9 块试样也相当费事，还需要用掉大量的样品材 料，实际测试时，经常会因样品量不足，测试无法进行。
第二遍的测试真实体积 VP2。
W
h
l
图 2 复制试样表面时切割线示意图
实验证明，VP1 总是大于 VP2。不难想到这是由于在复制 6 个新的表面时，又切破一些原来封闭
的泡孔所致。VP1 与 VP2 之差，应等于该试样原表面的被切泡孔体积 VX，即： VX= VP1- VP2
（10） 则：
校正闭孔体积应为：
1
校准和测试，不但使仪器操作简单、自动化程度高，而且迅速准确、数据重现性好。制备试样用料 量少，每测试一个样品只需制备一个长方体试样，它的几何体积仅有 30-65cm3。对试样表面被切泡 孔的校正也极其简便，采用增加表面积法将一块试样测试两遍就可巧妙地得到校正的闭（开）孔率。 分析结果与 ISO4590-2002 规定的作图外推校正方法相一致。
此对测得的表观闭（开）率必须进行校正，求出校正闭（开）孔体积分数，才能如实地表征样品的
泡孔结构和正确地评价样品的性能。
ASTMD6226 规定采用“增加试样表面积”的办法进行较正，本文也推荐使用这种方法。具体做
法是：将经过第一遍测试真实体积（骨架体积）VP1 的试样，平行于其三对表面各切一刀成八小块 （图 2），使之又形成 6 个与试样原表面积完全相等的新切割面，一同放入样品池内，而后再进行
图1
美国康塔仪器公司（Quantachrome）1000 型真密度分析仪原理图
阴影面积是空的、打开螺线管阀门 4，气体到样品池 VC，系统进入环境气压 P。根据波义耳马略特定律，系统状态可以被定义为：
式中：n 是气体体积 VC 的量 R 是气体常数
PVC=nRT
（1）
T 是环境开尔文温度（单位 K）。
用 ULTRAFOAM 1000 型真密度分析仪测试 硬质聚氨酯泡沫的闭(开)孔率
张玉倩 孙桂菊 （烟台万华集团 北京万华研究院）
摘要: 聚氨酯硬质泡沫的闭孔率,一方面可以反映发泡工艺性能,另一方面可以用来评价泡 沫的保温、吸水性能。ULTRAFOAM 1000 真密度分析仪测试硬质泡沫的方法,它是依据 ASTM D6226 设计,类似于 ISO 4590-2002 和 GB10799-89 的测量原理.本文详述了这两种测试原理的类似性及 差异,从而说明用 ULTRAFORM 1000 真密度分析仪测试闭(开)孔率的可行性和先进性。
5
49.35
平均值
49.34
标准偏差
0.007
试样表观体积:57.92cm3
偏差
表观闭孔率
0
85.190ຫໍສະໝຸດ 0185.20-0.01 85.17
0
85.19
0.01
85.20
/
85.19
/
重量:2.2255g
偏差 0 0.01 -0.02 0 0.01 / 0.01
从上面表格数据可以看出,无论是测试不透过体积还是表观闭孔率,标准偏差均很小,说明该仪
VP1 = VC-（P-PB）VA/（PB-P）-（PA-P）
= VC+VA/（1-（PA-P）/（PB-P））
（7）
压力传感器在环境压力时调节为零，即 P=0，那么所有和 P 有关压力测量可简化。公式（9）可
以变成：
VP1 = 仪器计算表观开孔率用公式：
VC+VA/（1-（PA/PB））
（8）
ωγ=（Vg-VP1）/Vg*100% 表观闭孔率用公式：
当体积为 VP1（不可透过体积）的样品占用密封的样品池，公式（1）可以写作：
P（VC-VP1）=n1RT
（2）
当增压至大于环境压力值时，系统状态可被表示为：
PA（VC-VP1）=n2RT
（3）
式中：PA 表示大于环境的压力
n2 表示样品池内总气体量。
打开螺线管阀门 8，附加池 VA 和样品池连通，压力下降到 PB 系统状态可被表示为：
2.2 ULTRAFOAM 1000 型真密度分析仪测定闭（开）孔率的原理 本节介绍的是用 ULTRAFOAM 1000 真密度分析仪测试硬质聚氨酯泡沫闭（开）孔率的方法。
ULTRAFOAM 1000 真密度分析仪是采用气体置换技术［3］，测量形状规则和不规则的固体物质或液体 真实体积和密度的仪器。该仪器采用了现代化的智能芯片技术，内置微处理器进行压力传感器调零、
泡孔结构组成影响着硬质聚氨酯泡沫塑料的使用性能，闭（开）孔率是表征泡沫塑料泡孔结构 的一个重要参数。测定硬质聚氨酯泡沫塑料的闭（开）孔率不仅可以反映发泡工艺性能，另一方面 也可以用来评价泡沫的保温、吸水等产品的物理性能。制定一个简单、易行的测试闭（开）率的方 法，对发泡工艺研究及产品质量控制有着很重要的实际意义。
标定 VA 和 VC：用随机提供的标准体积钢球当成试样进行测试。把标准钢球的体积输入给仪器， 标出两室体积值，仪器自动保存，供以后仪器内所有的测试用。在测试压力改变时或到规定的时间 时应重新校正 VA 和 VC。