تشير الكثافة الظاهرية إلى نسبة كتلة المادة إلى حجمها الظاهري. الحجم الظاهري هو الحجم الفعلي مضافًا إليه حجم المسام المغلقة. يشير إلى نسبة المساحة التي تشغلها المادة تحت تأثير قوة خارجية إلى كتلة المادة، وعادةً ما يُعبر عنها بالكيلوجرام لكل متر مكعب (كجم/م³). يمكن أن تعكس الكثافة الظاهرية المسامية والصلابة والمرونة وخصائص أخرى للمادة. بالنسبة للمواد ذات الأشكال المنتظمة، يمكن قياس الحجم مباشرةً؛ أما بالنسبة للمواد ذات الأشكال غير المنتظمة، فيمكن سد المسام بمانع تسرب الشمع، ثم يمكن قياس الحجم عن طريق الصرف. عادةً ما تُقاس الكثافة الظاهرية في الحالة الطبيعية للمادة، أي الحالة الجافة المخزنة في الهواء لفترة طويلة. بالنسبة لمواد العزل المطاطية والبلاستيكية الرغوية، تختلف نسبة فقاعات الخلايا المغلقة إلى مكونات المطاط والبلاستيك، ويوجد نطاق كثافة بأقل موصلية حرارية.
يمكن للمسامية العالية أن تعزل بفعالية؛ لكن الكثافة المنخفضة جدًا قد تؤدي بسهولة إلى التشوه والتشقق. في الوقت نفسه، تزداد قوة الضغط مع زيادة الكثافة، مما يضمن استقرار المادة على المدى الطويل. من حيث الموصلية الحرارية، كلما انخفضت الكثافة، انخفضت الموصلية الحرارية وكان العزل الحراري أفضل؛ أما إذا كانت الكثافة عالية جدًا، فيزداد انتقال الحرارة الداخلي ويقل تأثير العزل الحراري. لذلك، عند اختيار مواد العزل الحراري، من الضروري دراسة كثافتها الظاهرية بدقة لضمان توازن خصائصها المختلفة لتلبية احتياجات سيناريوهات الاستخدام المختلفة.
تشير الكثافة الظاهرية إلى كثافة المادة نفسها، أي نسبة المساحة التي يشغلها الجسم إلى كتلته. في مواد العزل الحراري، عادةً ما تشير إلى نسبة الهواء المسامي الداخلي إلى الكتلة الفعلية لكل وحدة حجم، معبرًا عنها بالكيلوغرام لكل متر مكعب (كجم/م³). وكما هو الحال مع الكثافة الظاهرية، تُعد الكثافة الظاهرية أيضًا أحد المعايير المهمة لتقييم أداء مواد العزل الحراري، حيث تعكس عادةً وزن المادة، وامتصاصها للماء، وعزلها الحراري، وخصائص أخرى.
لذلك، على الرغم من أن الكثافة الظاهرية والكثافة الظاهرية تعكس كثافة ومسامية مواد العزل الحراري، إلا أن لديهم بعض الاختلافات الواضحة:
1. معاني مختلفة
تقوم الكثافة الظاهرية لمواد العزل الحراري بشكل أساسي بتقييم 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 تنطوي على أي خصائص للهيكل الداخلي.
2. طرق حسابية مختلفة
يتم عادة حساب الكثافة الظاهرية لمواد العزل عن طريق قياس كتلة وحجم العينة، في حين يتم حساب الكثافة الظاهرية عن طريق قياس وزن عينة مادة ذات حجم معروف.
3. قد تكون هناك أخطاء
بما أن حساب الكثافة الظاهرية لمادة العزل يعتمد على حجم العينة المضغوطة، فإنه لا يعكس التركيب العام للمادة بشكل دقيق. في الوقت نفسه، في حال وجود تجاويف أو مواد غريبة داخل المادة، قد يشوب حساب الكثافة الظاهرية أخطاء. أما الكثافة الظاهرية 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؛ بالنسبة للمواد ذات الأشكال غير المنتظمة، يمكن سد المسام بطريقة ختم الشمع، ومن ثم يمكن قياس الحجم بطريقة الإزاحة.
طريقة البيكنومتر: بالنسبة لبعض المواد، مثل المواد الكربونية، يمكن استخدام طريقة البيكنومتر، مع التولوين أو الن-بيوتانول كمحلول قياسي للقياس، أو يمكن استخدام طريقة إزاحة وسط الغاز لملء المسام الدقيقة بالهيليوم حتى يتم امتصاصه تقريبًا.
مجالات التطبيق
للكثافة الظاهرية تطبيقات واسعة في علم المواد. على سبيل المثال، في منتجات المطاط الرغوي المرن والعزل البلاستيكي، يتمثل الهدف الرئيسي لاختبار الكثافة الظاهرية في تقييم أداء الكثافة والتأكد من مطابقة خصائص العزل الحراري والميكانيكي للمعايير. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم الكثافة الظاهرية أيضًا لتقييم الخصائص الفيزيائية للمواد وأدائها في التطبيقات الهندسية.
مع زيادة الكثافة وزيادة مكونات المطاط والبلاستيك، قد يرتفع كلٌّ من متانة المادة ومعامل الانبعاج الرطب، ولكن ستزداد الموصلية الحرارية حتمًا، وسيتدهور أداء العزل الحراري. وتجد كينج فليكس نقطة توازن مثالية في العلاقة التقييدية المتبادلة بين الموصلية الحرارية المنخفضة، ومعامل الانبعاج الرطب الأعلى، والكثافة الظاهرية الأنسب، ومتانة التمزق، أي الكثافة المثلى.
وقت النشر: ١٨ يناير ٢٠٢٥
