Dichte / Stampfdichte

Dichte und Stampfdichte

Dichtebestimmung mittels Gaspyknometrie

Die Dichte ist allgemein der Quotient aus Masse und Volumen. Die Masse eines Feststoffes lässt sich recht einfach mit einer Waage bestimmen. Die Volumenbestimmung ist meist schwieriger, da man es oft mit unregelmäßigen Körpern oder mit Pulvern zu tun hat. Hinzu kommt, dass man das Volumen und somit auch die Dichte unterschiedlich definieren kann, wenn man in das Feststoffvolumen z.B. Poren einbezieht (Rohdichte) oder nicht einbezieht (Dichte, auch Reindichte, absolute Dichte oder wahre Dichte genannt). Die Dichte basiert auf dem Feststoffvolumen ausschließlich des Porenvolumens poröser Stoffe.

Messgerät

Messmethode

Definition verschiedener Volumenbegriffe

Mit Hilfe eines Pyknometers (griech, „geeichtes Gefäß“) kann die Menge Medium (Flüssigkeit oder Helium bzw. andere Messgase) bestimmt werden, die vom Feststoff verdrängt wird. Dichtebestimmungen von feinteiligen und stückigen Feststoffen zur Unterscheidung und zur Qualitätsbeurteilung, Bestimmung der Offen- und Geschlossenzelligkeit von Schaumstoffen, Bestimmung des sogenannten Vacuolenvolumens zur Gütekontrolle von Milchpulvern, dies sind Anwendungsbeispiele für die Gaspyknometrie und gehen damit über die Möglichkeiten der Flüssigkeitspyknometrie weit hinaus. Für die Lösung solcher Applikationen zeichnet sich die Gaspyknometrie durch folgende Vorzüge aus:

  • schnell,
  • genau,
  • ohne organische Flüssigkeiten arbeitend,
  • wenig Bedieneraufwand erfordernd,
  • automatisierbar.

Schematischer Messaufbau Gaspyknometer

Literatur und Normen

  • DIN 66137
  • Partikelwelt 16; S. 23-27, „Dichtebestimmung poröser und pulverförmiger Festkörper“
  • D. Klank, Gaspyknometrie zur Bestimmung von Feststoffdichten und anderer Parameter, in Produktgestaltung in der Partikeltechnologie / von Ulrich Teipel (Hrsg.) – Stuttgart: Fraunhofer-IRB-Verlag, 2006, 509-522

Stampfdichte (TAP-Density) und Schüttdichte von Pulvern

Bei der Schüttdichte wird ein Pulver lose in einen Messzylinder geschüttet. Das Volumen und damit die Schüttdichte berücksichtigen also sowohl vorhandene Poren als auch die interpartikulären Zwischenräume einer losen Pulverschüttung. Die Stampfdichte von Pulvern wird nach definierter Kompaktierung der Pulverschüttung ermittelt, d.h. auch das Stampfvolumen und die Stampfdichte enthalten Poren und interpartikuläre Zwischenräume, jedoch nicht von einer losen Pulverschüttung sondern der kompaktierten Probe. Bei den Methoden zur Bestimmung von Stampfdichte und Schüttdichte handelt es sich um einfache Messanordnungen, die zu wichtigen Materialeigenschaften für Lagerung und Transport von Pulvern und Schüttgütern führen.

Messgerät

Messmethode

Unterschiedliche Oxide wurden hinsichtlich ihrer Schüttdichte und Stampfdichte untersucht. Es wurden jeweils 250 ml in einen Messzylinder lose geschüttet und danach mit der BeDensi T-Serie mit jeweils 1250 Hüben kompaktiert. Aus den jeweiligen Schüttvolumina und Stampfvolumina wurden mit Hilfe der Einwaagen die jeweiligen Dichten berechnet.

Probe

Masse [g]

Schüttdichte
[g/cm3]

Stampfvolumen
[cm3]

Stampfdichte
[g/cm3]

Kompaktierfaktor

1

68,0

0,272

192

0,354

1,30

2

56,1

0,224

180

0,312

1,39

3

116,0

0,464

198

0,586

1,26

4

125,5

0,502

191

0,657

1,31

5

130,8

0,523

181

0,723

1,38

6

111,8

0,447

186

0,601

1,34

7

97,2

0,389

199

0,488

1,26

8

70,8

0,283

181

0,391

1,38

Sowohl Schüttdichte als auch Stampfdichte sind Quotienten aus Masse und Volumen, die in g/cm³ anzugeben ist. Bei sehr niedrigen Stampfdichten, von pyrogenen Oxiden, erfolgt die Angabe meist in g/l. Die Stampfdichte ermöglicht Rückschlüsse z.B. auf die erforderliche Verpackungsgröße sowie die Gleichmäßigkeit von Verpackungen.

Messgeräte für die Bestimmung der Stampfdichte sind sogenannte Stampfvolumeter, wie die BeDensi T-Serie. Es ist ein kompaktes Messgerät mit einem, zwei oder drei Messzylindern. In dem Messzylinder kann vor der Bestimmung der Stampfdichte die Schüttdichte des Pulvers und damit auch die Kompaktierbarkeit des Schüttvolumens durch eine entsprechende Anzahl von Hüben ermittelt werden. Die Hubanzahl wird eingestellt und nach Erreichen dieser wird die Messung automatisch beendet. Unter einem Hub versteht man das automatische Anheben des Drehtellers mit gefülltem Messzylinder mit anschließendem Herunterfallen, wodurch es zu einem Zusammenfallen des Pulverbetts kommt und das Probenvolumen durch die Kompaktierung entsprechend abnimmt. Die Stampfdichte ist deshalb immer kleiner als die Schüttdichte.

Literatur und Normen

  • ISO 697 Schüttdichte
  • ISO 787 Stampfdichte
  • Partikelwelt 16, S. 23-27, „Dichtebestimmung poröser und pulverförmiger Festkörper“
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