ما الفرق بين الكثافة الظاهرية والكثافة الكلية لمواد العزل الحراري؟

تشير الكثافة الظاهرية إلى نسبة كتلة المادة إلى حجمها الظاهري. الحجم الظاهري هو الحجم الفعلي مضافًا إليه حجم المسام المغلقة. وهو نسبة الحيز الذي تشغله المادة تحت تأثير قوة خارجية إلى كتلة المادة، ويُعبر عنه عادةً بالكيلوغرام لكل متر مكعب (كجم/م³). ويمكن أن يعكس مسامية المادة وصلابتها ومرونتها وخصائصها الأخرى. بالنسبة للمواد ذات الأشكال المنتظمة، يمكن قياس الحجم مباشرةً؛ أما بالنسبة للمواد ذات الأشكال غير المنتظمة، فيمكن سد المسام بالشمع، ثم قياس الحجم عن طريق التصريف. تُقاس الكثافة الظاهرية عادةً في الحالة الطبيعية للمادة، أي في حالتها الجافة المخزنة في الهواء لفترة طويلة. بالنسبة لمواد العزل المصنوعة من المطاط الرغوي والبلاستيك، تختلف نسبة فقاعات الخلايا المغلقة إلى مكونات المطاط والبلاستيك، وهناك نطاق كثافة يتميز بأقل موصلية حرارية.

تُساهم المسامية العالية في العزل الحراري بكفاءة، بينما قد تؤدي الكثافة المنخفضة جدًا إلى التشوه والتشقق بسهولة. في الوقت نفسه، تزداد مقاومة الانضغاط مع زيادة الكثافة، مما يضمن استقرار المادة على المدى الطويل. أما بالنسبة للتوصيل الحراري، فكلما انخفضت الكثافة، انخفض التوصيل الحراري وتحسّن العزل الحراري؛ ولكن إذا كانت الكثافة عالية جدًا، يزداد انتقال الحرارة الداخلي ويقل تأثير العزل الحراري. لذلك، عند اختيار مواد العزل الحراري، من الضروري مراعاة كثافتها الظاهرية بشكل شامل لضمان توازن الخصائص المختلفة لتلبية احتياجات سيناريوهات الاستخدام المتنوعة.
تشير الكثافة الظاهرية إلى كثافة المادة نفسها، أي نسبة الحجم الذي يشغله الجسم إلى كتلته. في مواد العزل الحراري، تُشير عادةً إلى نسبة الهواء الموجود في المسام الداخلية إلى الكتلة الفعلية لكل وحدة حجم، مُقاسةً بالكيلوغرام لكل متر مكعب (كجم/م³). ومثل الكثافة الظاهرية، تُعد الكثافة الظاهرية أيضًا من المعايير المهمة لتقييم أداء مواد العزل الحراري، إذ تعكس عادةً وزن المادة، وامتصاصها للماء، وعزلها الحراري، وغيرها من خصائصها.

لذلك، على الرغم من أن كلاً من الكثافة الظاهرية والكثافة الكلية تعكسان كثافة ومسامية مواد العزل الحراري، إلا أنهما يختلفان في بعض الجوانب الواضحة:
1. معانٍ مختلفة
إن الكثافة الظاهرية لمواد العزل الحراري تقيّم بشكل أساسي خصائص المادة مثل المسامية والمرونة، ويمكن أن تعكس العلاقة التناسبية بين الهواء والكتلة الفعلية داخل المادة.
تشير الكثافة الظاهرية إلى كثافة مادة العزل نفسها، ولا تشمل أي خصائص للهيكل الداخلي.
2. طرق حساب مختلفة
عادة ما يتم حساب الكثافة الظاهرية لمواد العزل عن طريق قياس كتلة وحجم العينة، بينما يتم حساب الكثافة الكلية عن طريق قياس وزن عينة من مادة ذات حجم معروف.
3. قد توجد أخطاء
بما أن حساب الكثافة الظاهرية لمادة العزل يعتمد على حجم العينة المضغوطة، فإنه لا يعكس بدقة البنية الكلية للمادة. كما أن وجود تجاويف أو مواد غريبة داخل المادة قد يؤدي إلى أخطاء في حساب الكثافة الظاهرية. أما الكثافة الكلية فلا تعاني من هذه المشاكل، ويمكنها أن تعكس بدقة كثافة ووزن مادة العزل.

طريقة القياس
طريقة الإزاحة: بالنسبة للمواد ذات الأشكال المنتظمة، يمكن قياس الحجم مباشرة؛ أما بالنسبة للمواد ذات الأشكال غير المنتظمة، فيمكن إغلاق المسام بطريقة الختم بالشمع، ثم يمكن قياس الحجم بطريقة الإزاحة.
طريقة البيكنومتر: بالنسبة لبعض المواد، مثل المواد الكربونية، يمكن استخدام طريقة البيكنومتر، مع التولوين أو ن-بيوتانول كمحلول قياسي للقياس، أو يمكن استخدام طريقة إزاحة الوسط الغازي لملء المسام الدقيقة بالهيليوم حتى يكاد لا يتم امتصاصه.

مجالات التطبيق
تُستخدم الكثافة الظاهرية على نطاق واسع في علم المواد. فعلى سبيل المثال، في منتجات العزل المصنوعة من المطاط الرغوي المرن والبلاستيك، يتمثل الغرض الرئيسي من اختبار الكثافة الظاهرية في تقييم أداء الكثافة والتأكد من أن خصائص العزل الحراري والميكانيكية تفي بالمعايير. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم الكثافة الظاهرية أيضًا لتقييم الخصائص الفيزيائية للمواد وأدائها في التطبيقات الهندسية.
إذا زادت الكثافة وزادت مكونات المطاط والبلاستيك، فقد تزداد قوة المادة ومعامل التمزق الرطب، ولكن ستزداد الموصلية الحرارية حتمًا، وسيتدهور أداء العزل الحراري. تجد شركة كينجفليكس نقطة توازن مثالية في العلاقة التقييدية المتبادلة بين انخفاض الموصلية الحرارية، وارتفاع معامل التمزق الرطب، والكثافة الظاهرية الأنسب، وقوة التمزق، أي الكثافة المثلى.