説明

乾式密度測定方法および気孔率測定方法

【課題】多孔質の試料のかさ密度を容易に測定する。
【解決手段】多孔質の試料1の質量Mを測定する質量測定工程と、試料内に液体4を浸透させる液浸工程と、液浸工程後の試料1をガス圧が作用する試料室31に投入し、開閉弁33を介して試料室31と膨張室32とを連通させた際のガス圧の変化に基づき液浸工程後の試料1の体積Vs2を測定する体積測定工程とを備え、質量測定工程で測定された質量Mと体積測定工程により測定された液浸工程後の試料1の体積Vs2とに基づき試料1のかさ密度ρ2を測定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多孔質の試料のかさ密度を測定する乾式密度測定方法および気孔率測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
表面に凹部を有する試料のかさ密度を測定する方法が知られている(例えば特許文献1参照)。ここで、かさ密度とは、試料の質量を、試料表面の凹部を含む体積全体で除算することによって求まる密度である。上記特許文献1記載の方法は、フッ化炭素の液体中に試料を浸漬し、凹部にフッ化炭素を充填した後、凹部のフッ化炭素を凝固処理する。さらに凝固処理後の試料を水が入った一定容積の容器内に入れて試料の体積を求め、かさ密度を測定する。
【0003】
【特許文献1】特開平1−185428号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献1記載の方法は、試料表面の凹部にフッ化炭素を充填して凝固処理するため、かさ密度の測定が面倒である。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明による乾式密度測定方法は、多孔質の試料の質量を測定する質量測定工程と、試料内に液体を浸透させる液浸工程と、液浸工程後の試料をガス圧が作用する試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき液浸工程後の試料の体積を測定する第1の体積測定工程とを備え、質量測定工程で測定された質量と第1の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のかさ密度を測定することを特徴とする。
液浸工程で浸透させる液体を、イソプロピルアルコールとすることが好ましい。
液浸工程前の試料を試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき液浸工程前の試料の体積を測定する第2の体積測定工程をさらに備え、質量測定工程で測定された質量と第2の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のみかけ密度を測定することもできる。
上記測定方法によって測定されたかさ密度とみかけ密度とに基づき、試料の気孔率を測定することもできる。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、内部に液体を浸透させた状態の試料を試料室内に投入し、ガス圧の変化に基づき、空隙を含んだ試料全体の体積を測定するようにしたので、試料表面の液体の凝固処理を行うことなく試料のかさ密度を容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
以下、図1〜3を参照して本発明による乾式密度測定方法の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る乾式密度測定方法によって密度を測定するための装置全体を示す図である。本実施の形態が対象とする試料1は、表面や内部に凹部、細孔等の空隙1aを有するコルクなどの多孔質材である。電子天秤2は、試料1の質量Mを測定する。
【0008】
密度計3は、試料1の体積を測定するとともに、電子天秤2で測定した質量Mを用いて試料1のみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定する。ここで、みかけ密度ρ1とは、図2(a)に示すように試料1の空隙1aを除いた体積Vs1で質量Mを除算して求まる密度であり、かさ密度ρ2とは、図2(b)に示すように空隙1aを含む試料1の体積Vs2で質量Mを除算して求まる密度である。
【0009】
図3を参照して、密度計3による密度計測の原理について説明する。密度計3は、例えばヘリウムガスを封入して密度を測定する乾式密度計であり、試料室31と、膨張室32と、試料室31と膨張室32とを連通、遮断するバルブ33とを備える。
【0010】
まず、図3(a)に示すようにバルブ33を開いて試料室31と膨張室32を連通し、試料室31と膨張室32を互いに同一の圧力Pa(大気圧)および温度Taとする。なお、試料室31の体積はVc、膨張室32の体積はVeである。
【0011】
次に、図3(b)に示すようにバルブ33を閉じた状態で試料室31に試料1を投入し、試料室31の圧力をP1まで加圧する。このとき、試料1の体積をVs1(図2(a))とすると、試料室31の体積はVc−Vs1となる。したがって、試料室31内の気体のモル数をnc、気体定数をRとすると、試料室31内の状態式は次式(I)となる。
P1(Vc−Vs1)=nc・R・Ta ・・・(I)
一方、膨張室32は加圧しないので大気圧Paのままであり、膨張室32内の気体のモル数をneとすると、内部の状態式は次式(II)となる。
Pa・Ve=ne・R・Ta ・・・(II)
【0012】
次に、図3(c)に示すようにバルブ33を開くと、試料室31の圧力は低下、膨張室32の圧力は上昇し、試料室31と膨張室32を含む系内全体の圧力はP2となり、系内全体の状態式は次式(III)となる。
P2(Vc−Vs1+Ve)=nc・R・Ta+ne・R・Ta ・・・(III)
ここで、上式(III)に(I)式と(II)式の関係を適用すると次式(IV)が成立し、さらに式(IV)を変形して次式(V)が得られる。
P2(Vc−Vs1+Ve)=P1(Vc−Vs1)+PaVe ・・・(IV)
Vs1=Vc−Ve(P2−Pa)/(P1−P2) ・・・(V)
【0013】
上式(V)の関係より、圧力P1,P2を測定すれば、試料1の体積Vs1が求まる。そして、予め電子天秤2によって試料1の質量Mを測定しておき、この質量Mを体積Vs1で除算することで、試料1の密度(みかけ密度ρ1)を求めることができる。
【0014】
このような乾式密度計によれば、試料内の空隙1aにガスが浸入するため、空隙1aの体積を試料1の体積から除外することができ、みかけ密度ρ1を精度よく測定することができる。その一方、空隙1aにガスが浸入してしまうため、かさ密度ρ2を測定することは困難である。そこで、本実施の形態では、以下のようにして空隙1aへのガスの浸入を防ぎ、同一の密度計3によりかさ密度ρ2を測定する。
【0015】
かさ密度ρ2を測定する場合には、まず、図1に示すようにイソプロピルアルコール(イソプロパノール)の液体4をビーカ5内に満たし、このビーカ5内に試料1を浸ける。次いで、ビーカ5ごと真空乾燥機6に入れて所定時間減圧し、試料1内の空隙1aに液体4を浸透させる。その後、真空乾燥機6から試料1を取り出し、密度計3の試料室31に試料1を投入し、上述したのと同様にして試料の体積Vs2を測定する。
【0016】
この場合、試料内の空隙1aに液体4が充填しているため、空隙1aまでガスは浸入せず、密度計3で空隙1aを含んだ試料全体の体積Vs2を測定できる。そして、液体4に浸す前に予め電子天秤2によって試料1の質量Mを測定しておき、この質量Mを体積Vs2で除算することで、試料1のかさ密度ρ2を求めることができる。
【0017】
このようにして求めたみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を用いて、さらに次式(VI)によって試料1の気孔率αを求めることができる。
α=(1−(ρ2/ρ1))×100 ・・・(VI)
これにより試料内部の気孔の含有率を把握することができ、試料1を強度評価する際の有用な情報が得られる。
【0018】
かさ密度ρ2の測定が終了すると、試料内に浸透した液体4は時間経過に伴い揮発する。これにより液体4に浸す前の状態に戻り、試料1を再利用することができる。とくに本実施の形態では、イソプロピルアルコールを試料内に浸透させるので、水を浸透させる場合に比べ試料内を早く乾燥させることができ、試料1の再利用が容易である。イソプロピルアルコールはアセトンほど揮発性が高くないため、かさ密度ρ2の測定中に試料内からイソプロピルアルコールが揮発することがなく、かさ密度ρ2を安定して測定できる。
【0019】
以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)試料1をビーカ5の液体4に浸した状態で真空乾燥機6に入れ、試料1の空隙1aに液体4を浸透させるようにしたので、乾式の密度計3によって空隙1aを含んだ試料全体の体積Vs2を測定することができ、試料表面の液体の凝固処理等を行うことなく、試料1のかさ密度ρ2を容易に測定できる。
(2)密度計3によってみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定するので、試料1の気孔率αを測定することもできる。
(3)同一の密度計3によってみかけ密度ρ1とかさ密度ρ2を測定するので、気孔率αを精度よく測定することができる。
(4)試料内にイソプロピルアルコールを充填させてかさ密度ρ2を測定するので、試料1を容易に再利用できる。
【0020】
なお、上記実施の形態では、電子天秤2によって試料1の質量Mを測定するようにしたが(質量測定工程)、他の測定器によって質量Mを測定してもよい。イソプロピルアルコールの入ったビーカ5に試料1を浸し、真空乾燥機6に入れて試料内に浸透させるようにしたが(液浸工程)、試料内に他の液体を浸透させてもよい。ガス圧が作用する試料室31に試料1を投入し、バルブ33(開閉弁)を介して試料室31と膨張室33とを連通させた際のガス圧の変化に基づき試料1の体積を測定するのであれば、すなわち定容積膨張法による乾式の密度測定を行うのであれば、第1の体積測定工程および第2の体積測定工程に用いる密度計3の構成はいかなるものでもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の乾式密度測定方法に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の実施の形態に係る乾式密度測定方法によって密度を測定するための装置全体を示す図。
【図2】みかけ密度とかさ密度を説明する図。
【図3】本発明の実施の形態に係る密度計による密度計測の原理を説明する図。
【符号の説明】
【0022】
1 試料
1a 空隙
2 電子天秤
3 密度計
4 液体(イソプロピルアルコール)
6 真空乾燥機
ρ1 みかけ密度
ρ2 かさ密度
α 気孔率

【特許請求の範囲】
【請求項1】
多孔質の試料の質量を測定する質量測定工程と、
試料内に液体を浸透させる液浸工程と、
前記液浸工程後の試料をガス圧が作用する試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき前記液浸工程後の試料の体積を測定する第1の体積測定工程とを備え、
前記質量測定工程で測定された質量と前記第1の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のかさ密度を測定することを特徴とする乾式密度測定方法。
【請求項2】
請求項1に記載の乾式密度測定方法において、
前記液浸工程で浸透させる液体は、イソプロピルアルコールであることを特徴とする乾式密度測定方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載の乾式密度測定方法において、
前記液浸工程前の試料を前記試料室に投入し、開閉弁を介して試料室と膨張室とを連通させた際のガス圧の変化に基づき前記液浸工程前の試料の体積を測定する第2の体積測定工程をさらに備え、
前記質量測定工程で測定された質量と前記第2の体積測定工程により測定された液浸工程後の試料の体積とに基づき試料のみかけ密度を測定することを特徴とする乾式密度測定方法。
【請求項4】
請求項1または2に記載の乾式密度測定方法により測定されたかさ密度と、請求項3に記載の乾式密度測定方法により測定されたみかけ密度とに基づき、試料の気孔率を測定することを特徴とする気孔率測定方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−2824(P2009−2824A)
【公開日】平成21年1月8日(2009.1.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−164797(P2007−164797)
【出願日】平成19年6月22日(2007.6.22)
【出願人】(000001993)株式会社島津製作所 (3,708)