Gęstość

 

Gęstością d nazywamy stosunek masy próbki tworzywa do jej objętości w danej temperaturze, czyli jest to masa (w gramach) 1cm³ danej substancji

 

d = m / V

 

gdzie m - masa, V - objętość

 

Ciężar właściwy D wyznaczamy ze zworu

 

D = P / V

 

gdzie P = m*g - ciężar, g = przyśpieszenie ziemskie

 

Oznaczenie ciężaru właściwego sprowadza się do określenia ciężaru i objętości próbki badanego tworzywa. Oba te pomiary wykonuje się oddzielnie, stosując odrębne metody przy użyciu tego samego przyrządu (za pomocą wagi hydrostatycznej) albo stosując jedno badanie, w którym uwzględnia się równocześnie obie mierzone wielkości (pomiary aerometryczne). Przeprowadza się je najczęściej w temperaturze 230^oC. Pomiar gęstości najbardziej przydatny jest w badaniach kontrolnych wyrobów z tworzyw sztucznych, zwłaszcza w przypadku wyrobów napełnianych, jak z wyprasek tłoczyw fenolowych, mocznikowych itp., kitów chemoutwardzalnych, wykładzin podłogowych i in.

 

Próbki do oznaczania gęstości przygotowuje się w następujący sposób :
- formowanie kształtek z tłoczyw termoutwardzalnych przez prasowanie,
- formowanie kształtek z tłoczyw termoplastycznych przez prasowanie,
- formowanie kształtek z tworzyw termoplastycznych metodą wtrysku.

 

Metody oznaczania gęstości:

-oznaczenie gęstości ciał stałych o kształtach regularnych,
-oznaczenie gęstości ciał stałych o kształtach nieregularnych za pomocą wagi hydrostatycznej,
-oznaczenie gęstości ciał sypkich,
-oznaczenie gęstości folii i podobnych materiałów,
-oznaczenie gęstości za pomocą kolumny gradientowej,
-oznaczenie gęstości cieczy,
-oznaczenie gęstości za pomocą areometru,
-oznaczenie gęstości za pomocą wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra,
-oznaczenie gęstości za pomocą pikometru.

 

najczęściej spotykane metody oznaczeń gestości materiałów polimerowych:

 

1.  Pomiar objętości i masy - stosuje się do oznaczania gęstości tworzyw polimerowych uformowanych w postaci prętów, belek, rur (próbki o dowolnym, prawidłowym kształcie geometrycznym, o objętości nie mniejszej niż 1 cm³ i masie nie większej niż 180g).

 

2. Metoda hydrostatyczna - polega na porównaniu masy jednostkowych objętości próbki badanego tworzywa i cieczy o znanej gęstości (np. wody destylowanej) (próbki o kształcie dowolnym i masie 0.2 - 5 g). Do oznaczenia stosuje się wagę hydrostatyczną, ciecz immersyjną do zanurzania próbek, termometr, termostat.

 

3. Metoda piknometryczna - polega na obliczeniu stosunku masy próbki do jej objętości, czyli objętości cieczy immersyjnej o znanej gęstości wypartej przez próbkę. Metodę tę stosuje się do oznaczania gęstości tworzyw polimerowych w postaci proszków, granulek, płatków.

 

p_t = m p_i / (m₁ - m₂)

gdzie:

p_t - gęstość badanej próbki

m - masa próbki, g

m₁ - masa cieczy użytej do napełnienia piknometru, g

m₂ - masa cieczy do napełnia piknometru z próbką, g

p_i - gęstość cieczy immersyjnej, g/cm

 

4.  Metoda flotacyjna - polega na porównaniu gęstości próbki badanego tworzywa z gęstością cieczy immersyjnej w chwili przechodzenia próbki w stan zawieszenia. Istota metody jest sporządzenie kilku roztworów o różnych, znanych gęstościach a następnie zanurzenie badanej próbki w każdym z tych roztworów. Gęstość cieczy, z którą badane tworzywo jest w równowadze jest zarazem gęstością tworzywa.

 

Poniżej, w tabeli przedstawiono gęstość najważniejszych polimerów i tworzyw sztucznych:

 

Gęstość [g/cm3]	symbol	nazwa
0.80	SI	kauczuk silikonowy
0.83	PMP	polimetylopenten
0.85-0.92	PP	polipropylen
0.89-0.93	LDPE	polietylen wysokociśnieniowy
0.91-0.92	PB	polibuten-1
0.91-0.93	PIB	poliizobutylen
0.92-1.0	NR , PI	kauczuk naturalny
0.94-0.98	HDPE	polietylen niskociśnieniowy
1.01-1.04	PA12	poliamid 12
1.03-1.05	PA11	poliamid 11
1.04-1.06	ABS	akrylonitryl-butadien-styren
1.04-1.08	PS	polistyren
1.05-1.07	PPO	polioksyfenylen
1.06-1.10	SAN	styren-akrylonitryl
1.07-1.09	PA6,10	poliamid 6,10
1.1-1.4	ER	żywice epoksydowe
1.12-1,15	PA6	poliamid 6
1.13-1.16	PA66	poliamid 6,6
1.14-1.17	PAN	poliakrylonitryl
1.15-1.25	CAB	octanomaślan celulozy
1.16-1.20	PMMA	poli(metakrylan metylu)
1.17-1.20	PVA	poli(octan winylu)
1.18-1.24	CP	propionian celulozy
1.19-1.35	PVC-C	zmiękczony poli(chlorek winylu)
1.20-1.22	PC	poliwęglan
1.20-1.26	PUR	usieciowane poliuretany
1.21-1.31	PVAL	poli(alkohol winylowy)
1.25-1.35	CA	octan celulozy
1.26-1.28	PF	żywice fenolowo-formaldehydowe
1.3-1.4	PVF	poli(fluorek winylu)
1.30-1.41	PF	żywice fenolowo-formaldehydowe (napełnione)
1.34-1.40	CN	celuloid (azotan celulozy)
1.38-1.41	PET	poli(tereftalan etylenu)
1.38-1.41	PVC(-U)	poli(chlorek winylu)
1.41-1.43	POM	polioksymetylen
1.47-1.52	UF	żywice mocznikowo-formaldehydowe
1.47-1.55	PVC-C	chlorowany poli(chlorek winylu)
1.5-2.0		fenoplasty i aminoplasty (napełnione)
1.5-2.9		żywice poliestrowe i epoksydowe (napełnione włóknem szkl.)
1.7–1.8	PVDF	poli(fluorek winylidenu)
1.86-1.88	PVDC	poli(chlorek winylidenu)
2.1-2.2	PCTFE	politrifluoromonochloroetylen
2.1-2.3	PTFE	politetrafluoroetylen

 

Analizując gęstość poszczególnych polimerów można stwierdzić, iż w zasadzie nie zmienia się ona wraz ze zmianą stopnia polimeryzacji lub usieciowania. Tak więc, z tego samego polimeru można otrzymać wyroby o różnej wytrzymałości, nie różniące się gęstością. Dlatego też gęstość nie jest traktowana jako wskaźnik przydatności użytkowej wyrobów. W nielicznych przypadkach, gdy polimer występuje w kilku odmianach o bardzo podobnych właściwościach chemicznych i fizycznych, pomiar gęstości może być wykorzystany do identyfikacji odmiany polimeru, np. dla polietylenów czy poliamidów.