比重瓶法测定玄武岩纤维的密度

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摘要：本文介绍了玄武岩纤维的基本性能及应用情况，研究了比重瓶测定玄武岩纤维的密度的方法，为纤维的密度测定提供一种简单有效的测试方法。

关键词：玄武岩纤维；比重瓶：测定

玄武岩纤维是以天然玄武岩矿石作为原料，将其在1450℃-1500℃熔融后，通过拉丝而制成的纤维。玄武岩纤维一般可分为普通玄武岩纤维，超细玄武岩纤维和连续玄武岩纤维。玄武岩纤维具有突出的力学性能，耐高温、耐酸碱、吸湿性低，此外，还有绝缘性好、绝热隔音性能优异、良好的透波性能等优点。广泛应用于航空航天，建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域，被誉为21世纪的新材料。

密度是表征物质特性的一个重要的物理量，测定物质的密度具有一定的实际意义，可以通过测定密度判定物质的种类。测定密度的方法很多，如浮沉法、液体浮力法、气体容积法、密度梯度管法等。笔者在日常检验工作中遇到关于玄武岩纤维密度的检测的需求，查无此方面的测试方法标准和测试方法的研究。本文以期用比重瓶法测试玄武岩纤维的密度，为其制定相关的测试方法标准作初步研究。

1　玄武岩纤维基本性能

玄武岩纤维密度大约在2.6 g／cm3-3.05g／cm3，主要组分为SiO2(44％-45％)、A12O3(12％～18％)、Fe203和FeO(9％-14％)、TiO2，Na2O等。玄武岩纤维组分中硅氧化物所占比例最大，由它形成了纤维的链状结构骨架，A1203也进入结构骨架网络中，在链的侧方由阳离子铁、钛，钠等进行连接形成结构稳定的非晶态物质。玄武岩纤维化学稳定性好，使用温度范围大(工作温度约为一269℃-9000℃)，具有良好的力学性能，导热系数及吸湿能力低且不随温度变化，无毒、不易燃，废弃后可天然降解，是一种“绿色环保材料”。

玄武岩纤维具有优良的物理机械性能，拉伸强度，弹性模量和断裂伸长，具有良好的耐酸碱性和耐水性，在一些应用领域内，完全可以代替玻璃纤维、碳纤维等充当复合材料的增强体，且性价比较其优越。

2　试验

2.1　材料与仪器

玄武岩纤维：美国福特路：玻璃纤维：重庆国际复合材料有限公司；涤纶纤维和棉纤维：重庆纤检所实验室提供。

附温比重瓶(50mL)：南京娇子藤科学器材有限公司；电子秤(精度为img)：上海精密仪器仪表有限公司，恒温烘箱：JGS100，上海基玮试验仪器设备有限公司：恒温水浴锅：DK-S22，上海基玮试验仪器设备有限公司。

2.2　测试原理

比重瓶法测定纤维真密度是基于“阿基米德原理”。将待测纤维浸入对其润湿而不溶解的浸液中，抽真空除气泡，求出纤维试样从已知容量的容器中排出已知密度的液体，就可计算所测纤维的真密度。真密度p的计算式(1)：

式中：mo――比重瓶的质量，g；ms――(比重瓶+纤维)的质量，g，ml――(比重瓶+纤维+液体)的质量，g；msl――(比重瓶+液体)的质量，g；pl――测定温度下浸液密度，g／m3；p――纤维的真密度，g／cm3。

2.3　测定

2.3.1比重瓶的校准

1　将比重瓶洗净、烘干，置于干燥器内，冷却后称量，准确至0.001g。

2　将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。对长颈比重瓶注水至刻度处；对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自瓶塞毛细管中溢出，将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g。测定恒温水槽内水温，准确至0.5℃。

3　调节数个恒温水槽内的温度，温度差不超过5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。每个温度均应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值。绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线。

2.3.2　试样的制取

随机取足够量的样品，充分扯松去除杂质；用乙醚洗除样品上的油剂后置于蒸馏水中煮沸30min；然后取出样品，置于105℃烘箱中烘至绝干，置于干燥器中冷却备用。

2.3.3　测定步骤

1)比重瓶洗净烘干，在干煤器中充分冷却后称量比重瓶的重量mo。

2)在比重瓶中倒入三级水(经煮沸去除水中气体)。在25℃室温下平衡30min，称量比重瓶和液体总重量ms/o。

3)烘干比重瓶，取约1.0g纤维试样置于比重瓶中，称量比重瓶和纤维的总重量ms。

4)向比重瓶中加入三级水，浸没纤维后置于超声波中，超声振动30min除去纤维夹带的气泡等，室温下平衡足够时间使其温度达到25 oc，称量比重瓶、纤维和液体总重量ml。

3　结果与分析

采用无水乙醇与三级水作为测试介质，按2，3的方法对棉纤维、涤纶纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维进行密度测试，测试结果见表1。

从表1中看，采用比重瓶法能够比较准确地测出纤维的密度，从三级水测试介质的CV值变化趋势看，吸湿性强的棉纤维CV值要大于吸湿性差的涤纶纤维，远大于玻璃和玄武岩纤维，这说明吸湿性能对于纤维的密度测试有一定的影响，原因为吸湿性强，水可以有效地进入纤维内部孔隙结构，减少真密度测试误差：从测试介质看，采用水作介质测得棉纤维的密度大于采用无水乙醇的，对于吸湿性差的玻璃纤维和玄武岩纤维，采用无水乙醇大于水的测试结果，原因是无水乙醇不能有效地进入纤维内部孔隙及挥发性强的影响。

4　结论

(1)采用比重瓶法可以比较简单快速地测得纤维的真密度，尤其是对纤维内部空隙少、吸湿性差的纤维，如玄武岩纤维等。

(2)选择适当测试介质，能有效地减少测试结果的误差。