Eine erhöhte Adhäsion des Pulvers verringert dessen Fließfähigkeit erheblich. Die zugrunde liegenden Mechanismen umfassen eine Störung des Kräftegleichgewichts zwischen den Partikeln, eine mikrostrukturelle Reorganisation und Veränderungen der makroskopischen mechanischen Reaktionen. Basierend auf Daten aus multidisziplinären Studien lässt sich der Einfluss der Adhäsion auf die Fließfähigkeit wie folgt zusammenfassen:
I. Destruktive Mechanismen der erhöhten Adhäsion
1. Ungleichgewicht der interpartikulären Kräfte
Eine verbesserte Haftfähigkeit erhöht die Van-der-Waals-Kräfte, elektrostatischen Kräfte und Flüssigkeitsbrückenkräfte zwischen den Partikeln, was zur Bildung stabiler Agglomerate führt.
Wenn sich beispielsweise die Haftkraft von Nano-Zirkonoxidpulver um 30% erhöht, steigt der Schüttwinkel von 35° auf 45° und die Fließzeit erhöht sich um 50%.
Bei jeder Erhöhung der Haftung um 1 mN/m steigt die Kompressibilität um 8–12%.
Wenn in einem PVC-CPE-System der Calciumcarbonatgehalt um 5% steigt, sinkt die Porosität zwischen den Partikeln um 20% und die Fließzeit erhöht sich um 40%.
Mikrostruktureller Sperreffekt
Eine höhere Haftfähigkeit führt dazu, dass Partikel netzwerk- oder kettenartige Strukturen bilden, die das Abrutschen der Partikel verhindern.
Beispielsweise erhöht sich nach der Verbesserung der Haftfähigkeit von Magnesiumoxidpulver dessen Kohäsion von 0,8 kPa auf 1,5 kPa und die Fließfunktion (FF) sinkt von 4,5 auf 2,8.
II. Beobachtbare Auswirkungen einer erhöhten Haftfähigkeit
III. Fallstudien: Haftfähigkeit vs. Fließfähigkeit in typischen Materialien
1. Nano-Zirkonoxidpulver
Bei einer Partikelgröße < 50 nm, einer spezifischen Oberfläche > 30 m²/g und einer Haftkraft > 1,2 mN/m beträgt der Fließindex (FI) < 30. Die Zugabe von 0,51 TP3T mikronisierter Kieselsäure reduziert die Haftung um 401 TP3T und erhöht den FI auf 45.
2. Pharmazeutisches Pulver (Paracetamol)
Die ursprüngliche Klebrigkeit führt zu einem Schüttwinkel von 52°; durch Zugabe von 1%-Magnesiumstearat wird dieser auf 38° gesenkt, wodurch sich die Fließfähigkeit von „sehr schlecht“ auf „gut“ verbessert.
3. PVC-Trockenmischung
Wenn der CaCO₃-Gehalt 15% übersteigt, sinkt die Interpartikelporosität unter 0,35 und die Wahrscheinlichkeit einer Trichterwölbung übersteigt 60%.
Industrielle Strategien zur Bewältigung erhöhter Haftfähigkeit
1. Technologien zur Oberflächenmodifizierung
Mechanisches Polieren: Durch die Verwendung einer Wabenmühle zum Polieren der Oberfläche von vernetztem Polyethylenpulver (XLPE) wird die Oberflächenrauheit (Ra) von 1,2 μm auf 0,8 μm reduziert und die Haftung um 30% verringert.
Chemische Beschichtung: Nachdem Magnesiumoxidpulver mit Stearinsäure behandelt wurde, erhöht sich der Kontaktwinkel von 30° auf 110° und die Kohäsion nimmt um 45% ab.
2. Additive Kontrolle
3. Prozessparameteroptimierung
Zweistufige Granulierung: Feine Klebstoffpulver werden zu 1–2 mm großen Körnchen vorgepresst, anschließend werden sie erneut zu 3–5 mm großen Partikeln granuliert, wodurch die Kontaktpunkte um 80% reduziert werden.
Gradiententrocknung: Bei feuchtigkeitsempfindlichen Pulvern empfiehlt sich eine stufenweise Trocknung bei 40 °C → 60 °C → 80 °C. Der Feuchtigkeitsgehalt sinkt von 3% auf 0,5% und die Haftung nimmt um 70% ab.
V. Überwachungs- und Frühwarnmethoden für die Haftfähigkeit
1. Online-Erkennungstechnologien
Laser-Partikelgrößen-Haftungsanalysator: Überwacht die Partikelgrößenverteilung und Haftungsänderungen in Echtzeit und passt die Fließhilfsmitteldosierung dynamisch an.
Thermogravimetrische FTIR (TG-FTIR): Analysiert, ob eine erhöhte Haftfähigkeit auf oberflächenadsorbierte Verunreinigungen zurückzuführen ist (z. B. CPE-Pyrolyseprodukte in PVC-Systemen).
2. Fließfähigkeitswarnanzeigen
Kritische Adhäsionsschwelle: Alarm wird ausgelöst, wenn die Adhäsionskraft >1,5 mN/m ist (für Nanopulver).
Dynamische Schüttdichte (Dρb): Fließfähigkeitsrisiko erkannt, wenn Dρb < 1,6 g/cm³.
Abschluss
Erhöhte Adhäsion verringert die Pulverfließfähigkeit erheblich, da sich das Kräftegleichgewicht zwischen den Partikeln und die Mikrostruktur verändern. In der industriellen Praxis ist es unerlässlich, diesem Problem durch Oberflächenmodifizierung, Additivregulierung und Prozessoptimierung entgegenzuwirken und gleichzeitig Online-Überwachungstechnologien für ein dynamisches Adhäsionsmanagement zu nutzen.