מה ההבדל בין הצפיפות הנראית לעין וצפיפות התפזורת של חומרי בידוד תרמי?

צפיפות לכאורה מתייחסת ליחס בין המסה של חומר לנפח הנראה שלו. נפח לכאורה הוא הנפח בפועל בתוספת נפח הנקבוביות הסגורות. הכוונה היא ליחס בין החלל שתופס חומר תחת פעולת כוח חיצוני למסה של החומר, מבוטא בדרך כלל בקילוגרמים למטר מעוקב (ק"ג/מ"ק). זה יכול לשקף את הנקבוביות, הקשיות, הגמישות ותכונות אחרות של החומר. עבור חומרים בעלי צורות קבועות, ניתן למדוד את הנפח ישירות; עבור חומרים בעלי צורות לא סדירות, ניתן לאטום את הנקבוביות עם איטום שעווה, ולאחר מכן ניתן למדוד את הנפח על ידי ניקוז. הצפיפות הנראית נמדדת בדרך כלל במצב הטבעי של החומר, כלומר במצב היבש שנאגר באוויר לאורך זמן. עבור גומי מוקצף וחומרי בידוד פלסטיק, היחס בין בועות תאים סגורים לרכיבי גומי ופלסטיק משתנה, ויש טווח צפיפות עם המוליכות התרמית הנמוכה ביותר.

נקבוביות גבוהה יכולה לבודד ביעילות; אך צפיפות נמוכה מדי יכולה בקלות להוביל לעיוות ולסדקים. במקביל, חוזק הדחיסה עולה עם העלייה בצפיפות, מה שמבטיח את יציבות החומר לטווח ארוך. מבחינת מוליכות תרמית, ככל שהצפיפות קטנה יותר, המוליכות התרמית נמוכה יותר והבידוד התרמי טוב יותר; אך אם הצפיפות גבוהה מדי, העברת החום הפנימית גדלה ואפקט הבידוד התרמי פוחת. לכן, בעת בחירת חומרי בידוד תרמי, יש צורך לשקול באופן מקיף את הצפיפות הנראית לעין שלהם כדי להבטיח שהמאפיינים השונים מאוזנים כדי לענות על הצרכים של תרחישי שימוש שונים.
צפיפות נפח מתייחסת לצפיפות החומר עצמו, כלומר היחס בין החלל שתופס עצם למסה שלו. בחומרי בידוד תרמי, זה בדרך כלל מתייחס ליחס בין האוויר הנקבובי הפנימי לבין המסה בפועל ליחידת נפח, מבוטא בקילוגרמים למטר מעוקב (ק"ג/מ"ק). בדומה לצפיפות לכאורה, גם צפיפות הצבר היא אחד הפרמטרים החשובים להערכת הביצועים של חומרי בידוד תרמי, שבדרך כלל יכולים לשקף את המשקל, ספיגת המים, הבידוד התרמי ומאפיינים נוספים של החומר.

לכן, למרות שגם צפיפות לכאורה וגם צפיפות בתפזורת משקפים את הצפיפות והנקבוביות של חומרי בידוד תרמי, יש להם כמה הבדלים ברורים:
1. משמעויות שונות
הצפיפות הנראית לעין של חומרי בידוד תרמי מעריכה בעיקר את תכונות החומר כגון נקבוביות וגמישות, ויכולה לשקף את היחסים הפרופורציונליים בין האוויר למסה בפועל בתוך החומר.
צפיפות בתפזורת מתייחסת לצפיפות חומר הבידוד עצמו, ואינה כרוכה במאפיינים כלשהם של המבנה הפנימי.
2. שיטות חישוב שונות
הצפיפות הנראית לעין של חומרי בידוד מחושבת בדרך כלל על ידי מדידת המסה והנפח של הדגימה, בעוד שצפיפות הצבר מחושבת על ידי מדידת המשקל של דגימת חומר בנפח ידוע.
3. ייתכנו שגיאות
מכיוון שחישוב הצפיפות הנראית לעין של חומר הבידוד מבוסס על הנפח שתפוס על ידי המדגם הדחוס, הוא אינו יכול לייצג היטב את המבנה הכללי של החומר. יחד עם זאת, כאשר יש חללים או חומר זר בתוך החומר, גם בחישוב הצפיפות הנראית עשויות להיות שגיאות. לצפיפות בתפזורת אין בעיות אלו והיא יכולה לשקף במדויק את הצפיפות והמשקל של חומר הבידוד.

שיטת מדידה
‌שיטת תזוזה‌: עבור חומרים בעלי צורות קבועות, ניתן למדוד את הנפח ישירות; עבור חומרים בעלי צורות לא סדירות, ניתן לאטום את הנקבוביות בשיטת איטום שעווה, ולאחר מכן ניתן למדוד את הנפח בשיטת העקירה.
‌שיטת פיקנומטר‌: עבור חומרים מסוימים, כגון חומרי פחמן, ניתן להשתמש בשיטת הפיקנומטר, עם טולואן או n-בוטנול כפתרון הסטנדרטי למדידה, או בשיטת תזוזה של מדיום גז כדי למלא את המיקרו-נקבים בהליום עד שהוא כמעט לא נספג יותר.

אזורי יישום
לצפיפות לכאורה יש מגוון רחב של יישומים במדעי החומרים. לדוגמה, במוצרי בידוד גומי מוקצף ופלסטיק, המטרה העיקרית של בדיקת הצפיפות הנראית היא להעריך את ביצועי הצפיפות שלו ולהבטיח שהבידוד התרמי והמאפיינים המכניים שלו עומדים בתקנים. בנוסף, צפיפות לכאורה משמשת גם להערכת התכונות הפיזיקליות של חומרים וביצועים של חומרים ביישומים הנדסיים.
אם הצפיפות תגדל ורכיבי הגומי והפלסטיק יגדלו, חוזק החומר וגורם השכירות הרטוב עשויים לעלות, אך המוליכות התרמית תגדל בהכרח וביצועי הבידוד התרמי ידרדרו. קינגפלקס מוצא נקודת איזון כוללת אופטימלית ביחס המגביל הדדית בין המוליכות התרמית הנמוכה יותר, גורם השכר הרטוב הגבוה יותר, הצפיפות הנראית המתאימה ביותר וחוזק הקריעה, כלומר הצפיפות האופטימלית.