Volymfraktionerna

Volymfraktionerna är andelar av den totala volymen som upptas av de olika faserna i ett flerskiktat eller flerpatsmaterial. Varje fas betecknas med Vf_i och summan av volymfraktionerna över alla faser är lika med 1. De används för att beskriva hur ett material är uppdelat i olika komponenter, såsom fiber och matris i en komposit, eller fast fas och porer i ett poröst material.

I praktiken kan volymfraktionerna beräknas om massandelarna w_i och densiteterna ρ_i för varje fas är kända. Då är Vf_i = (w_i/ρ_i) / Σ_j (w_j/ρ_j). Om volymerna eller porvolymerna är kända kan andra relationer användas. I porösa material motsvarar någon av Vf_i porvolymen, medan en annan Vf_i utgör den fasta fasen.

Mätning och bestämning kan göras på flera sätt. Direkt genom mikroskopi och bildanalys av polerade tvärsnitt eller genom röntgen tomografi för att se fördelningen av faser i tre dimensioner. Indirekt kan volymfraktioner uppskattas från densitet och massa, eller genom Arkimedes princip för porositet i porösa material.

Betydelsen av volymfraktionerna ligger i deras inflytande på materialegenskaper. De påverkar mekaniska egenskaper som styrka och styvhet, samt termiska och elektriska ledningsförmågor och diffusion. Fördelningen av faserna och hur jämnt de är distribuerade kan också påverka perkolation och livslängd hos materialet.

Exempelvis i en fiberförstärkt polymer påverkar fibervolymfraktionen hållfastheten, medan porvolymfraktionen i ett keramiskt skum styr isoleringsförmågan och densiteten.