CN205920017U - 空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置 - Google Patents

Abstract

一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置，其特征在于，包括增压装置，压力表，传感器，数显仪，单向阀，截止阀，安全容器，压力测试仓，样品池，传感器，控制装置，水箱，过滤器，选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品进行测试。根据本实用新型的一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定方法，本实用新型的方法测试结果更为准确，更接近空心玻璃微珠的真实使用环境，有针对性，为空心玻璃微珠行业提供了其抗水等静压强度的判定依据。

Description

空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置

技术领域

本实用新型涉及等静压技术领域，尤其涉及一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置。

背景技术

空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球，具有质轻、绝热、隔音、耐高低温、电绝缘性和热稳定性好、耐腐蚀等优点，其密度一般在0.10-0.70g/cm³，粒径范围一般为5-200μm。空心玻璃微珠可以在树脂中作为一种新型填充材料，广泛应用于深海浮力材料、绝热保温材料等；还可以用来生产低密度水泥浆、钻井液等，解决深层固井、钻井的难题；还可作为特殊功能材料，航空航天烧蚀材料、贮氢材料、电磁屏蔽材料等，有着广泛的应用前景。

空心玻璃微珠应用于固体浮力材料时，空心玻璃微珠复合其它树脂使用，通过抽真空浇注等方法制备成固体浮力材料，使用时将受到拉伸、压缩、剪切、弯曲、冲击等负荷的作用，材料在深海环境中还将受到全方位的静水压强度(水深每增加100m，水压增加1MPa)，在实际应用过程中，一般考察固体浮力材料在规定的静水压下保压一段时间(如24h后)材料的形变率和吸水率，这就要求空心玻璃微珠在一定等静压下的体积破损率要低；所以必须具有较高抗压强度的空心玻璃微珠才可应用于本领域。因此，空心玻璃微珠的抗水等静压强度成为实际应用中最关键的性能指标之一。

抗等静压强度是表征空心玻璃微珠性能的关键重要指标之一，在实际应用中，行业内一般使用空心玻璃微珠在一定等静压强度下的体积破损率来表征其抗等静压强度的大小。这是因为空心玻璃微珠是内部中空结构的 空心玻璃球，在一定等静压强度下会发生穿孔、破碎，导致体积变小，随着等静压强度的增大，破损率也会逐渐增大。根据应用领域不同，其对破损率大小的接受程度也不一样。通常情况下将空心玻璃微珠破损率不大于20％时对应的等静压强度作为该型号样品的抗等静压强度。

目前国内对空心玻璃微珠的抗等静压强度测试方法有水压法、气压法、汞压法。汞压法测试由于汞有毒、设备仪器价格昂贵、测试结果要借助软件进行二次处理、取样过少，测试结果偏大等缺点，故一直未能广泛采用。气压法虽然操作方便，但其测试的破损率数值偏低，产品的应用厂家提出质疑，这是由于气压法自身的缺陷以及忽略了空心玻璃微珠自身的相关特性和使用环境造成的，气压法测试过程中有部分空心玻璃微珠在一定压强下发生穿孔而非破碎，在泄压之后进行密度测试，这部分已经发生变化的空心玻璃微珠是测不出体积变化的，有些空心玻璃微珠碱性较高或者玻璃化程度不够，在水环境中球壳被侵蚀，造成体积发生变化，而像深海固体浮力材料用空心玻璃微珠其环境就是海水环境。

水压法综合考虑了以上两种方式的优缺点：汞压法的优点是通过控制进汞速率来实现加压强度均匀分布，加压速率适中，不会由于加压强度忽大忽小、加压速率过快造成冲击破碎；气压法操作方便，原理清晰，步骤简单；水压法通过定时设定加压设备的电流值来控制加压强度的均匀分布和加压速率适中，而原理与气压法相似，操作步骤相对简单。

实用新型内容

本实用新型旨在弥补现有技术的不足，提供一种克服已有技术关于空心玻璃微珠抗等静压强度下质量破碎率测定方法有偏差的缺陷，并且为空心玻璃微珠行业提供了其抗等静压强度下体积破碎率和质量破碎率的对比依据。

为了达成上述目的，提供了一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置，包括增压装置，压力表，传感器，数显仪，单向阀，截止阀，安全容器，压力测试仓，样品池，传感器，控制装置，水箱，过滤器，选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品进行测试。

一些实施例中，泄压装置包括所述截止阀和所述安全容器。

一些实施例中，压力测试装置包括所述压力测试仓和所述样品池。

根据本实用新型的一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定方法，本实用新型的方法测试结果更为准确，更接近空心玻璃微珠的真实使用环境，有针对性，为空心玻璃微珠行业提供了其抗水等静压强度的判定依据。

以下结合附图，通过示例说明本实用新型主旨的描述，以清楚本实用新型的其他方面和优点。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为根据本实用新型实施例的空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置的示意图。

具体实施方式

参见本实用新型具体实施例的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。

现参考图1详细描述根据本实用新型实施例的空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置。

如图1所示，所述测定装置包括增压装置1，压力表2，传感器3，数显仪4，单向阀5，截止阀6，安全容器7，压力测试仓8，样品池9，传感器10，控制装置11，水箱12，过滤器13。

增压装置1连接至压力表2，压力表2连接至传感器3。传感器3连接至单向阀5。传感器3的另一端连接至数显仪4。单向阀5连接至截止阀6。截止阀6连接至安全容器7。

单向阀5与截止阀6之间连接有传感器10。传感器10连接至控制装 置11。控制装置11的另一端连接至增压装置1。单向阀5与截止阀6之间还连接有压力测试仓8。测试仓中放置有样品池9。

增压装置1的另一端还连接至水箱12。水箱12连接至过滤器13。

一些实施例张，泄压装置包括截止阀6，安全容器7。压力测试装置包括压力测试仓8，样品池9。

选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品(密度在0.10-0.70g/cm³之间)以待测试用。校准的样品池在水中的质量W₁为68.6533g，取30g准备好的样品，用刚玉研钵研磨3次，每次研磨40min，直至样品充分研碎，然后测定研碎后的样品的密度ρ_g为2.40g/cm³；测定已校准的干净、干燥的空样品池在空气中的质量m₁为106.6436g；取准备好的样品装入特定的样品池，体积以松装装满为准，测定装有空心玻璃微珠样品的样品池在空气中质量为m₂为109.1448g；将装有空心玻璃微珠样品的样品池置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5min，途中震动烧杯3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量，结果为装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中质量为W₂为64.2480g；将装有空心玻璃微珠样品的样品池放入特定的压力测试仓，关闭压力测试仓，调节控制装置进行加压测试：以加压速率为3MPa/min加压至38MPa，在此压强下保压10min，打开泄压装置，将加压后的样品池取出，置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5min，途中震动烧杯3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量施加水等静压强后的装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中的质量W_σ为64.8889g；根据环境温度20℃下的确定该温度下水的密度ρ_w为0.9982g/cm³；将测得的数值代入公式(5)中计得出N_σ值为10.93％，当该空心玻璃微珠样品的体积破损率为10.93％时，该破损率下其对应的抗水等静压强度为38MPa。

现详细说明使用根据本实用新型实施例的空心玻璃微珠抗水等静压强度 的测定装置的测定方法。

选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品以待测试用，按照以下步骤进行：

步骤一、将装配好的样品池置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5-10min，途中震动烧杯2-3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量，结果为样品池在水中的质量W₁；

步骤二、取20-50g准备好的样品，用刚玉研钵充分研碎，为保证空心玻璃微珠样品充分研碎，可以采用研钵研磨3次以上，每次研磨30-60min，将研磨的放在显微镜下或清水中，直至显微镜下观察不到空心玻璃微珠或在清水中观察不到漂浮的空心玻璃微珠即可，然后测定研碎后的样品的密度ρ_g；

步骤三、测定干净、干燥的空样品池在空气中的质量m₁；

步骤四、测定装有空心玻璃微珠样品的样品池在空气中质量为m₂；

步骤五、将装有空心玻璃微珠样品的样品池置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5-10min，途中震动烧杯2-3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量，结果为装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中质量为W₂；

步骤六、将步骤五测试结束装有空心玻璃微珠样品的样品池放入特定的压力测试仓，当压强小于20MPa时，加压速率为2-3MPa/min；当压强大于20MPa时，加压速率为3-5MPa/min，将加压后的样品池取出，置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5-10min，途中震动烧杯2-3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量施加水等静压强后的装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中的质量W_σ；

步骤七、根据环境温度下的确定该温度下水的密度ρ_w；

步骤八、按照如下公式计算出空心玻璃微珠在该水等静压强度下的体积破损率N_σ，结果用百分数(％)表示：

一定质量的空心玻璃微珠在一定的水等静压强下会发生破损。测定破损前后的质量变化，再用质量除以密度得到体积变化。当在一定水等静压强度下空心玻璃微珠的体积变化率即是破损率N_σ，此时相应的等静压强度为该空心玻璃微珠在该破损率下的抗水等静压强度。本实用新型的水等静压测试系统示意图见附图，该测试系统由控制装置、增压装置、压力测试装置、泄压装置、压力表、传感器等部分构成。

样品在加压测试后，部分空心玻璃微珠发生破损，利用空心玻璃微珠样品空心部分体积压缩前后的变化计算出空心玻璃微珠的体积破损率N_σ，该破损率对应下的强度即为空心玻璃微珠的抗水等静压强度。

$N_{\mathrm{\σ}}=\frac{V_1-V_2}{V_1-V_g}\×100\%---\left(1\right)$

$V_1-V_2=\frac{W_{\mathrm{\σ}}-W_2}{{\mathrm{\ρ}}_w}---\left(2\right)$

$V_1=\frac{W_1-W_2+m_2-m_1}{{\mathrm{\ρ}}_w}---\left(3\right)$

$V_2=\frac{m_2-m_1}{{\mathrm{\ρ}}_g}---\left(4\right)$

由(1)(2)(3)(4)式可得(5)式

$N_{\mathrm{\σ}}=\frac{W_{\mathrm{\σ}}-W_2}{(m_2-m_1)(1-{\mathrm{\ρ}}_w/{\mathrm{\ρ}}_g)+W_1-W_2}\×100\%---\left(5\right)$

式中：

V₁—空心玻璃微珠样品初始体积；

V₂—经水等静压后空心玻璃微珠样品的体积；

V_g—空心玻璃微珠样品全部破碎后球壳的体积；

W₁—校准样品池在水中的质量；

ρ_g—空心玻璃微珠球壳的密度；

m₁—干净、干燥的空样品池在空气中的质量；

m₂—装有空心玻璃微珠样品的样品池在空气中的质量；

W₂—装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中的质量；

W_σ—加压后的装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中的质量；

ρ_w—根据环境温度确定该温度下水的密度。

现参考图1详细描述根据本实用新型实施例的空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置。

如图1所示，所述测定装置包括增压装置1，压力表2，传感器3，数显仪4，单向阀5，截止阀6，安全容器7，压力测试仓8，样品池9，传感器10，控制装置11，水箱12，过滤器13。

一些实施例张，泄压装置包括截止阀6，安全容器7。压力测试装置包括压力测试仓8，样品池9。

选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品(密度在0.10-0.70g/cm³之间)以待测试用。校准的样品池在水中的质量W₁为68.6533g，取30g准备好的样品，用刚玉研钵研磨3次，每次研磨40min，直至样品充分研碎，然后测定研碎后的样品的密度ρ_g为2.40g/cm³；测定已校准的干净、干燥的空样品池在空气中的质量m₁为106.6436g；取准备好的样品装入特定的样品池，体积以松装装满为准，测定装有空心玻璃微珠样品的样品池在空气中质量为m₂为109.1448g；将装有空心玻璃微珠样品的样品池置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5min，途中震动烧杯3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量，结果为装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中质量为W₂为64.2480g；将装有空心玻璃微珠样品的样品池放入特定的压力测试仓，关闭压力测试仓，调节控制装置进行加压测试：以加压速率为3MPa/min加压至38MPa，在此压强下保压10min，打开泄压装置，将加压后的样品池取出，置于充满水的烧杯中，水位要保证完全浸没样品池，将烧杯放入玻璃真空干燥器并抽真空5min，途中震动烧杯3次，以便排除附着在样品池壁表面的气泡，抽真空结束后通大气，将烧杯移到分上析天平的支撑台上，在水中将样品池悬挂在分析天平的挂钩上，在水位高出样品池的的情况下称量施加水等静压 强后的装有空心玻璃微珠样品的样品池在水中的质量W_σ为64.8889g；根据环境温度20℃下的确定该温度下水的密度ρ_w为0.9982g/cm³；将测得的数值代入公式(5)中计得出N_σ值为10.93％，当该空心玻璃微珠样品的体积破损率为10.93％时，该破损率下其对应的抗水等静压强度为38MPa。

根据本实用新型的一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定方法，本实用新型的方法测试结果更为准确，更接近空心玻璃微珠的真实使用环境，有针对性，为空心玻璃微珠行业提供了其抗水等静压强度的判定依据。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置，其特征在于，包括增压装置，压力表，传感器，数显仪，单向阀，截止阀，安全容器，压力测试仓，样品池，传感器，控制装置，水箱，过滤器，选取同一批次烘干分散性好的空心玻璃微珠样品进行测试，

其中所述增压装置连接至所述压力表，所述压力表连接至所述传感器，所述传感器连接至所述单向阀，所述传感器的另一端连接至所述数显仪，所述单向阀连接至所述截止阀，所述截止阀连接至所述安全容器，所述单向阀与所述截止阀之间连接有所述传感器，所述传感器连接至所述控制装置，所述控制装置的另一端连接至所述增压装置，所述单向阀与所述截止阀之间还连接有所述压力测试仓，所述测试仓中放置有所述样品池。

2.根据权利要求1所述的空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置，其特征在于，泄压装置包括所述截止阀和所述安全容器。

3.根据权利要求2所述的空心玻璃微珠抗水等静压强度的测定装置，其特征在于，压力测试装置包括所述压力测试仓和所述样品池。