ثلاث مراحل مختلفة من المساحيق
المساحيق هي مادة فريدة من نوعها تتكون من ثلاث مراحل، وتتكون من مرحلة صلبة على شكل جزيئات، ومرحلة غازية بين الجزيئات، ومرحلة سائلة على سطح الجزيئات أو داخل بنيتها.
أ مسحوق هو عبارة عن مجموعة غير مترابطة من المراحل الصلبة والسائلة والغازية. هناك اعتقاد خاطئ شائع مفاده أن سلوك المسحوق يمكن وصفه ببساطة من خلال فهم خصائص تدفقه. هذه الخصائص هي منفصلة، يمكن قياسها برقم واحد. لسوء الحظ، كلتا الفكرتين غير صحيحتين. ولهذا السبب، حتى في القرن الحادي والعشرين، ما زلنا لا نفهم سلوك المساحيق بشكل كامل.
تخيل وجود وعاء زجاجي يحتوي على مسحوق سائب. فكر في كيفية تصرف المسحوق إذا انقلب الوعاء. فكر في كيفية تصرف المسحوق بشكل مختلف إذا تم التقاط الوعاء وضربه مرارًا وتكرارًا على سطح صلب. أي اختلاف في سلوك المسحوق في حالته السائبة مقابل حالته المضغوطة يرجع إلى خصائصه. على سبيل المثال، إذا كان المسحوق يشبه الرمل الجاف، فقد يكون سلوكه هو نفسه تقريبًا قبل وبعد الضغط. ومع ذلك، إذا كان المسحوق يشبه الدقيق، فيمكن ملاحظة خصائص تدفق مختلفة تمامًا بعد الضغط. هذه خاصية مهمة ونموذجية للمساحيق.
في حين أن هذه الخصائص ضرورية لفهم سلوك المسحوق، المتغيرات الخارجية—مثل درجة التهوية أو التماسك— لها نفس الأهمية. لا تتغير الخصائص الكيميائية والفيزيائية للجسيمات في هذه الحالات. إن كمية الهواء وضغط التلامس بين الجسيمات هي التي تسبب اختلاف التدفق بشكل كبير.
تأثير المتغيرات الخارجية
كما هو موضح في الأمثلة السابقة، تتصرف المساحيق بشكل مختلف جدًا عندما يتم تهويتها أو فكها أو تماسكها. بعض المساحيق حساسة جدًا لهذه المتغيرات، في حين أن البعض الآخر ليس كذلك. قد تتدفق بعض المساحيق جيدًا عندما يتم تهويتها وفكها، ولكنها تسبب مشاكل عند تماسكها (مثل مسحوق الحبر). قد يكون لمساحيق أخرى تدفق معقول (جيد) عندما تكون مفكوكة، ولا يكون لها تأثير كبير عند تماسكها، ولكنها تتمتع بتحسن حقيقي في التدفق عند تهويتها (مثل المساحيق الخزفية، انظر الفيديو). بناءً على هذه الملاحظات، من غير المرجح أن يصف رقم واحد بشكل كافٍ كيف سيتفاعل المسحوق مع كميات كبيرة من التهوية أو مستويات عالية من التماسك أثناء المعالجة والتطبيق.
من حيث خصائص التدفق، فإن إجهاد التماسك ومحتوى الهواء هما المتغيران اللذان لهما التأثير الأكبر. ومع ذلك، يتأثر سلوك المسحوق أيضًا بسرعات المعالجة، مثل سرعة الخلط أو سرعة ملء الخط، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل مستويات الرطوبة المحيطة ووقت التخزين. قد يُظهر المسحوق ذو الخصائص الممتازة أداءً ضعيفًا عند تخزينه أو معالجته في بيئة ذات رطوبة أعلى قليلاً من المعتاد.
سلوك المسحوق
| المتغيرات الخارجية | متى وأين تحدث | تأثير |
| توحيد | الاهتزاز / الضغط المباشر (القمعات، الحاويات المتوسطة، البراميل) | زيادة الضغط ومساحة التلامس وعدد نقاط التلامس بين الجسيمات انخفاض محتوى الهواء بين الجسيمات (انخفاض المسامية) |
| التهوية | التفريغ بالجاذبية، الخلط، النقل الهوائي، التذرية | ينخفض الضغط ومساحة التلامس وعدد نقاط التلامس بين الجسيمات، ويزداد محتوى الهواء بين الجسيمات (زيادة المسامية). |
| معدل التدفق (القص) | في المسحوق، بين المسحوق وجدار المعدات، الخلط | تدفق غير نيوتوني بشكل أساسي زيادة مقاومة التدفق عند معدلات التدفق المنخفضة |
| رطوبة | معالجة التخزين الإضافة البشرية (التحبيب) | زيادة الالتصاق بين الجسيمات زيادة الالتصاق بين الجسيمات زيادة التوصيل |
| الكهرباء الساكنة | التفريغ من القادوس النقل الهوائي الخلط بالقص العالي | زيادة قوة الترابط بين الجزيئات يلتصق المسحوق بالمعدات |
| وقت التخزين | المواد الخام/المواد الوسيطة | التوحيد والتجمع والتأثير الدائم على الأداء في المصب |
حالات أخرى لخصائص الجسيمات
في حين أنه قد يكون من السهل نسبيًا التحكم في بعض المتغيرات، إلا أن التغيرات في محتوى الهواء وإجهاد التماسك أثناء المعالجة غالبًا ما يكون من الصعب تجنبها. حتى عندما تمر المساحيق عبر مجرى ناقل أساسي، يمكن إدخال الهواء، وقد يحدث التماسك. تتمدد المساحيق وتصبح الجسيمات متباعدة بشكل أكبر عند تهويتها. يحدث هذا في العديد من العمليات، بما في ذلك عمليات الخلط والملء والتفريغ. حتى عندما النقل الهوائي لا يتم استخدامه بدون مصدر هواء خارجي.
إن إدراك أن أيًا من هذه المتغيرات الخارجية يمكن أن يغير سلوك المسحوق هو الخطوة الأولى نحو فهم أفضل لأداء العملية. بعد ذلك، فإن قياس استجابة المسحوق لمتغيرات خارجية مختلفة يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة حول سبب سلوك المسحوق بطريقة معينة ويقدم فرصًا لتحسين كل من كفاءة التركيب والإنتاج.
تأثير خصائص الجسيمات
بالإضافة إلى المتغيرات الخارجية، هناك العديد من خصائص الجسيمات الأخرى التي تؤثر على سلوك المساحيق السائبة. الجسيمات معقدة، وهناك الكثير من المعلمات التي لا يمكن وصفها بالكامل. حجم الجسيمات و توزيع الحجم غالبًا ما يتم أخذ هذين المعامِلين بعين الاعتبار، ولا يزالان مهمين.
ومع ذلك، هناك العديد من خصائص الجسيمات الأخرى التي تؤثر على السلوك العام للمسحوق. وتشمل خصائص الجسيمات الرئيسية ما يلي:
ملاحظة: كل من هذه الخصائص هي عبارة عن توزيع أكثر من كونها قيمة واحدة. يمكن قياس بعضها بشكل مباشر، في حين يصعب قياس البعض الآخر كميًا. ومع ذلك، يمكن لجميعها التأثير على طريقة تصرف المسحوق. ونظرًا لتعقيد وتنوع خصائص الجسيمات والمتغيرات الخارجية، فإن التنبؤ بسلوك المسحوق باستخدام الأساليب الرياضية الأساسية أمر بالغ الصعوبة، إن لم يكن يتجاوز قدراتنا الحالية.