多孔材料孔率的测定方法

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第６ 期
刘培生 ： 多孔材料孔率的测定方法
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满 足 本 法 试 样 要 求 的 规 则 形 状 有 立 方 体 、 长 方
计 算 的【 ｌ 引。对 于 具 有 开 口孔 隙 的多 孔 体 ，为 了不 让 液 中称 量 时 的 工作 液 体 进 入 孔 隙 ，可 采 取 如 下 方 式 使 开孔 饱 和 或 堵 塞 【 １ ｏ ￣ ］ ：１ ）浸 渍熔 融石 蜡 、石 蜡 一 泵油、 无 水 乙醇 一 液 体 石 蜡 、油 、二 甲苯 和 苯 甲醇 等 ； ２ ） 在 试 样 的表 面 涂 覆 硅 树 脂 汽 油 溶 液 、 透 明胶 溶 液 、 凡 士林 或 其 它 聚合 物 膜 。测 试 步 骤 为 ：先 将 清 洗 干
Ｉ 引 言
多 孔 材 料 的孔 率 ， 又称 孔 隙率 、孔 隙度 或 气 孔 率 ，系 指 多 孔 体 中孔 隙 所 占体 积 与 多 孔 体 总 体 积 之 比率 ，一 般 以百 分 数 来 表示 ，也 可 采 用 小 数 。该 指
标 既 是 多 孔 材 料 中 最 易测 量 、 最 易 获 得 的基 本 参 量 ，
试 样 浸渍 后 在 空气 中 的质 量 （ ｇ ） ，Ｍ３ 为 试 样 浸 渍 后 在 工 作液 体 （ 水 ）中 的质 量 （ ｇ ） ，Ｐ 为 称 量 时 所 用 工 作 液 体水 的 密度 （ ｇ ／ ｃ ｍ ， 蒸馏水 的Ｐ ：ｌ ｇ ／ ｃ ｍ ） ， Ｐ 。 为 多孔 体 对 应 致 密 材 质 的密度 （ ｇ ／ ｃ ｍ ） 。 对 应 多孔 材 料 的开 孔 率 为 ：
０：ｌ Ｓ ｌ × １ ０ ０ ％
ｏ
¨
该 法 测 量 结 果 与 所 取 样 品 截 面 有 关 ，因此 应 多
测 几 个 截 面 并 提 供 足 够 大 的 截 面 视 场 ，但 其 统 计 效 应 仍 然 是 比较 低 的 。
同 时也 是 决 定 多 孔 材 料 导 热 性 、导 电性 、光 学 行 为 、
取 各 尺 寸 的平 均 值 ，并 以此 算 出试 样 的 体积 】 。 然 后 在 天 平 上 称 取试 样 的质 量 。整 个 测 试 过 程 应 在 常
多孔 材 料 的性 能主 要 取 决 于 孔 率 ，其 权 重超 出所 有 的其 它 影 响 因 素 】 。因 此 ，孔 率 指 标 对 于 多孔 材 料 来 说十 分 重 要 ，本 文 即介 绍 多 孔 材料 孔 率测 定 的若
称 重仪 器 的适 应 程 度 。在 样 品尺 寸 的测 量 过程 中 ，
率和 闭孔 率 。各 种 孔 率 的 总 和 就 是 总孔 率 ， 即平 时 所说 的 “ 孔率” 。 大 多 数 使 用 过 程 均 是 利用 其 贯通 孔
和半通孔【 ２ ． ３ 】 ，只 有 作 为漂 浮 、隔 热 、包 装 及 其 它 结
这 样 受 压变 形 误 差 即可 忽 略 不 计 。
用 研 磨 抛 光 等 方 式 加 以制 作 ，然 后 由显微 镜 观 测 出 截 面 的总 面 积 Ｓ ｏ（ ｃ ｍ ）和 其 中包 含 的孔 隙 面 积
（ ｃ ｍ ） ，再 通过 如 下 公 式 计 算 出多孔 体 的孔 率 】 ：
样 的总 体 积 ，进 而 测算 得 出 多孔 体 的孔 率 。其 测 量 步 骤 是 ：先 用 天 平 称 量 出试 样 在 空气 中 的质 量 ， 然后浸入介质 （ 如 除 气 的 油 、 水 、 二 甲苯 或 苯 甲醇 等 ）使 其 饱 和 ，采 用 加 热 鼓 入 法 或减 压 渗 透 法 使 介 质 充 分 填 满 多孔 材 料 的孔 隙 。浸 泡 一 定 时 间 充分 饱 和 后 取 出试 样 ，小 心 擦 去 表面 的 介质 ， 再用 天 平 称
出其 在 空气 中 的总 质 量 Ｍ２ 。 然 后 将 饱 含 介质 的试 样
中称 重 ，然 后 在 水 中称 重 ，最 后 由下 式 计 算 试 样 的 孔 率 ］ ：
：
［ 一
］ × １ ｏ ｏ ％ ㈤
式中：
为 试 样 在 空 气 中 的质 量 （ ｇ ） ，Ｍ２为
４ 浸泡 介质 法
本 法 测量 采 用 流 体 静 力学 原理 ］ ：将 试 样 浸 泡
于 液 体 介 质 中 使 其 饱和 后 再进 行液 中称 重 来 确 定 试
净的试样在空气 中称重 ，然后在真空状态下浸渍熔
融石 蜡 、石 蜡 一 泵 油 或 油 等 液 体 介 质 ，使 全 部 开 孔 饱 和 后 取 出 ， 除 去试 样 表 面 的 多余 介 质 ，再 次 在 空 气
液 中称 量 的影 响 ） ； ５ ） 在 测 量温 度 下 的蒸 气 压 低 ； ６ ） 体膨胀系数小 ： ７ ） 密度大 。 常用 的工 作 液 体 有 纯 水 、 煤 油 、苯 甲醇 、 甲苯 、 四氯 化 碳 、三 溴 乙烯 、 四 溴 乙炔 等 ［ 。
则 系 统将 静 止 于其 中不 动 ：系 统 密 度 小 于 液 体 密 度 时 上 浮 ，而 大 于液 体 密 度 时 则 下 沉 。这 种 运 动 趋 势
收稿 日期 ：２ ０ ０ ５ — ０ ６ ． ２ ５
基金 项 目 ：国家 自然 科 学基 金资 助项 目ｆ ５ ０ ２ ０ １ ０ ０ ３ ） 作者 简 介：刘 培 生（ １ ９ ６ ９ ・ ） ，男， 博 士，副教 授，主要 从事 多孑 Ｌ 材料 的研 究 与开 发工 作，电话 ： ０ １ ０ ． ６ ２ ２ ０ ５ ３ ５ ０ ； Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ９ ９ ６ ＠２ ６ ３ ． ｎ ｅ ｔ 。
干方法 。
温 或 规 定 的 温 度和 相 对 湿 度 下 进 行 。最 后 得 出孔 率
为
：
Ｉ １ 一 Ｖ １ × １ ０ ０ ％
Ｐｓ
（ ２ ）
２ 显 微 分 析 法
本 法 通 过 孔 隙二 维 平 面 的 占有 率 映射 多孔 材 料 的孔 率 。测 量 时要 求 多 孔 材 料 样 品 的 观 察截 面要 尽
小 ， 以便 于进 行 样 品尺 寸 的测 量 和 体 积 的 计算 。试
合 孔 隙等 形 式 （ 介 于 其 间 的 还 有 半通 孔 隙 ，其 一 般
具 有 闭合 孔 隙 的形 态 ） ， 故 孔 率 也可 相 应 地 分 为 开 孔
样 切 割 时 应 注 意 不 使 材 料 的 原 始 孔 隙 结 构 产 生 变 形 ，或 尽 量不 使 孔 隙变 形 。试 样 的 体 积 应 根据 孔 隙 大 小 而 大 于某 一值 ， 并尽 可 能 取 大 些 ，但 也要 考 虑
值 一 般 都有 不 同程 度 的 降低 ， 加 ］ 。此 外 ，在 测 试 过
式 中 ：Ｐ Ｍ Ｅ为 饱 和 介 质 的 密 度 ，其 它 符 号 意义
同（ ３ ） 式。 本 法 应 使 用 密 度 已知 的 液 体 作 为 工 作介 质 ， 并
程 中要注 意浸 渍 介 质 和 工 作 液 体 不 能 与 多 孔 试 样 发
生 溶 解 、溶 入 现 象 及 其 它 化 学 反应 。
尽 可 能满 足 如 下 条 件 ： １ ）对 试 样 不 反应 、不 溶 解 ： ２ ）对 试 样 的浸 润 性 好 （ 以 利 于 试 样 表 面 气 体 的排
除） ；３ ）粘 度 低 、易流 动 ；４ ）表 面 张 力 小 （ 以减 少
量 地 平 整 ，如 多 孔 金 属 和 多 孔 陶 瓷 的 观测 截 面 可 采
式中： Ｍ 为试 样 质 量 （ ｇ ） ， 为试 样 体 积 （ ｃ ｍ３ ） ，
Ｐ ｓ 为多 孔 体 对 应致 密 固体 材 质 的密 度 （ ｇ ／ ｃ ｍ ） 。 本 法 的 尺 寸测 量 可 采 用 量 具 检 测 法 （ 如 游 标 卡 尺 、干 分尺 、测 微 计 等 ） 、显 微 观测 法 、投 影 分 析 法 等 ，校 准 尺 寸使 用 校 准 块 规 。具 体 检 测 方 案 可 参 考 相关 的文献报道【 ６ 】 。测 量 时 检 测 量 具 对 试 样 产 生 的压 力 应 足 够 小 （ 如 控 制在 远 低 于大 气 压 的范 围 ） ，
构件 等 用 途 时才 需 要 较 高 的 闭孔 率 。其 中 开孔 率 又 强烈地 影 响着整 个 多孔 材料 的流体 透过 性 （ 渗 透
性） 、漂 浮 性 以及 有 效 内 表面 积 等 性 能 。研 究 表 明 ，
每 一尺 寸 至 少要 在 ３ 个 分 隔 的位 置上 分 别 测 量 ３ 次，
放 在 吊具 上 浸 入 工 作 液 体 中 称 量 ，此 时试 样 连 同 吊
具 的总质量为 Ｍ３ ， 而无试样时 吊具悬 吊于工作液体 中 的质 量 为 Ｍ４ 。 由此 可 得 多 孔 体孔 率 为 ：
厂
：
．，
］
ｌ ｌ 一 —— （ Ｍ
２ 一
Ｍ ３ ＋ Ｍ４ ）Ｐ ｓ ｌ
６ 漂 浮 法
本法 的测 试精度 比真空浸渍法高 ，对低孔率多 孔 材 料 的孔 率 测 定较 为合 适 。其 工作 原 理 是 ［ １ １ ］ ：将
由一 试 样和 一 浮 体组 成 的系 统 置 于 液 体 介 质 （ 如水 ）
中 ，如 果 该系 统 的密 度 恰 好 等 于 液 体 介 质 的密 度 ，
体 、球 体 、 圆柱 体 、管 材 、 圆片 等 ，减 小 相 对 误 差 的 作 法 是 采 用 大 体 积 的试 样 。如 为线 度 尺 寸 难 以 测 量 的 异形 样 品 ，则 应 先 行 封 孔 后 通 过 排 水 法 等 方 式 测 量 总体 积 ，然 后 去 除 封 孔 物质 再行 称 重 。
Ｊ × １ ０ ０ ％
（ ６ ）