运用密度天平法测定固体材料的密度最为常见。原理是阿基米德法，即纤维浸在液体里的浮力等于排开水的重力。计算公式： 其中，水的密度和空气的密度受温度和气压的影响。因此要应用此方法测定玻璃纤维密度，为了尽可能减少系统误差，需记录环境温度和气压，根据对照表，查询对应水的密度和空气的密度进行计算。测试介质水的温度为23.0 ℃，空气气压为100 kPa（750 mmHg）。 液体比重法测定纤维密度的原理也是阿基米德法，即排开水的体积等于纤维自身的体积。测试时，液体比重法的容器可以是比重瓶或者是比重杯。两者的差别在于：比重瓶瓶口较小，玻璃纤维的取放较为繁琐，同时比重瓶的定容终点是液位与刻度线持平，而比重杯杯口较大，玻璃纤维的取放相对简单，其定容终点是液滴孔正好填满。本文采用比重杯测定玻璃纤维密度，内空间体积为50 mL。计算公式： 为了尽可能减少系统误差，在测定玻璃纤维试样与满水质量前，水无需直接装满，装1/2～3/4即可，此时用超声清洗机震荡，使玻璃纤维试样与水泡充分混合，直至不再产生气泡为止。消除气泡后，擦干比重杯表面，加水，并用胶头滴管与无尘吸水纸定容。该方法在测试过程中需要测定4次质量，操作过程相对繁琐。 气流法测定玻璃纤维密度的原理为波义尔定律，即密闭气体体积的降低与压力成正比，通过对两个已知体积的仓室通入惰性气体，根据两个压力的变化来确定样品的体积，从而得到密度数据。气体可以是氦气或者氮气等惰性气体，两者的区别在于氦气分子更小，更加容易进入到玻璃纤维的空气中，测试时间也更短，缺点是相比于氮气，氦气的价格较高。目前该技术已相对成熟，设备也有国产和进口。本文的测试选用氦气作为介质气体，纯度≥99.99%。计算公式： 测试时，为了减少温度对测试的影响，可将样品仓放入恒温水浴中，设定为23.0 ℃；同时为了去除设备中的空气以及密闭性验证，需要用真空泵对设备进行抽真空以及密闭保持。该方法在测试玻璃纤维密度时，操作相对简单，且无多余的玻璃纤维取放过程，基本没有人为干扰，系统误差相对较小。 选用玻璃纤维行业典型配方的粗纱和细纱，去除浸润剂后测定玻璃纤维的纤维密度。其中配方成分为：CaO 24.0%，B2O3 7.0%，SiO2 55.0%，Al2O3 13.0%，Na2O＋K2O 0.5%，其他成分ZrO2、TiO2与F2为0.5%。粗纱和细纱的纤维直径分别为7 μm和5 μm，分别用3种方法测定2种玻璃纤维的纤维密度，重复测定9次，数据处理时去除最大与最小2个值，计算5个中位数据的平均值与最大重复偏差，测定结果见表1。 由表1可知，密度天平法、液体比重法、气流法3种方法测定玻璃纤维密度，不论粗纱还是细纱，其重复性偏差分别在±0.01000 g/cm3、±0.0200 g/cm3、±0.0005 g/cm3以内；用气流法测定粗纱和细砂的纤维平均密度偏差最小，仅为0.0005 g/cm3；三种方法测定同种玻璃纤维密度大小排序并不一定，对于粗纱，三种方法测定纤维密度从大到小排序分别为液体比重法、气流法、密度天平法，而对于细砂，排序为气流法、液体比重法、密度天平法。 通过分析密度天平法、液体比重法、气流法3种较为常用的玻璃纤维密度测定方法，包括测试原理、操作及注意事项等，并用此3种方法测定玻璃纤维典型粗纱和典型细纱玻璃原丝的纤维密度，对3种方法测试的重复偏差、偏差来源、优缺点以及测试耗时等参数进行总结，结果见表2。其中，测试耗时包括测试和计算过程。 需要说明的是，本文并未对密度天平法、液体比重法、气流法3种方法测定玻璃纤维的精确度作对比，这里精确度是指玻璃纤维测试密度与它真实密度之间的偏差。分析3种方法测定玻璃纤维密度的测试原理，气流法测试时，玻璃纤维与介质接触最为完全，同时基本不受人为因素干扰，认为气流法的测试精度最高。
