Τρεις διαφορετικές φάσεις σκόνης
Οι πούδρες είναι ένα μοναδικό τριφασικό υλικό. Αποτελείται από μια στερεή φάση με τη μορφή σωματιδίων, μια αέρια φάση μεταξύ των σωματιδίων και μια υγρή φάση στην επιφάνεια των σωματιδίων ή μέσα στη δομή τους.
ΕΝΑ σκόνη είναι μια χαλαρή συλλογή στερεών, υγρών και αέριων φάσεων. Υπάρχει μια κοινή παρανόηση ότι η συμπεριφορά μιας σκόνης μπορεί να περιγραφεί απλά με την κατανόηση των ιδιοτήτων ροής της. Αυτές οι ιδιότητες είναι διακεκριμένος, ποσοτικοποιήσιμο με έναν μόνο αριθμό. Δυστυχώς, και οι δύο αυτές ιδέες είναι εσφαλμένες. Αυτός είναι ο λόγος που, ακόμη και στον 21ο αιώνα, δεν καταλαβαίνουμε ακόμη πλήρως τη συμπεριφορά των σκονών.
Φανταστείτε ένα γυάλινο βάζο που περιέχει χαλαρή σκόνη. Σκεφτείτε πώς θα συμπεριφερθεί η σκόνη εάν το βάζο ανατραπεί. Σκεφτείτε πώς η σκόνη θα συμπεριφερθεί διαφορετικά εάν το βάζο σηκωθεί και χτυπηθεί επανειλημμένα σε μια σκληρή επιφάνεια. Οποιαδήποτε διαφορά στη συμπεριφορά μιας σκόνης στη χαλαρή της κατάσταση έναντι της συμπαγούς της κατάστασης οφείλεται στις ιδιότητές της. Για παράδειγμα, εάν η σκόνη είναι σαν ξηρή άμμος, η συμπεριφορά της μπορεί να είναι περίπου η ίδια πριν και μετά τη συμπύκνωση. Ωστόσο, εάν η σκόνη είναι σαν αλεύρι, μπορούν να παρατηρηθούν πολύ διαφορετικές ιδιότητες ροής μετά τη συμπύκνωση. Αυτή είναι μια σημαντική και τυπική ιδιότητα των σκονών.
Ενώ αυτές οι ιδιότητες είναι κρίσιμες για την κατανόηση της συμπεριφοράς της σκόνης, εξωτερικές μεταβλητές—όπως ο βαθμός αερισμού ή ενοποίησης—είναι εξίσου σημαντικές. Οι χημικές και φυσικές ιδιότητες των σωματιδίων δεν αλλάζουν σε αυτές τις καταστάσεις. Είναι η ποσότητα του αέρα και η πίεση επαφής μεταξύ των σωματιδίων που κάνει τη ροή να διαφέρει σημαντικά.
Επιρροή Εξωτερικών Μεταβλητών
Όπως φαίνεται στα προηγούμενα παραδείγματα, οι σκόνες συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά όταν αερίζονται, χαλαρώνουν ή ενοποιούνται. Ορισμένες σκόνες είναι πολύ ευαίσθητες σε αυτές τις μεταβλητές, ενώ άλλες όχι. Ορισμένες σκόνες μπορεί να ρέουν καλά όταν αερίζονται και είναι χαλαρές, αλλά προκαλούν προβλήματα όταν ενοποιούνται (όπως το τόνερ). Άλλες σκόνες μπορεί να έχουν λογική (καλή) ροή όταν είναι χαλαρές και όχι πολύ αποτέλεσμα όταν ενοποιούνται, αλλά έχουν πραγματική βελτίωση στη ροή όταν αερίζονται (όπως οι κεραμικές σκόνες, δείτε βίντεο). Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, είναι απίθανο ένας μεμονωμένος αριθμός να περιγράφει επαρκώς πώς μια σκόνη θα αντιδράσει σε μεγάλες ποσότητες αερισμού ή υψηλά επίπεδα στερεοποίησης κατά την επεξεργασία και την εφαρμογή.
Όσον αφορά τις ιδιότητες ροής, η τάση στερεοποίησης και η περιεκτικότητα σε αέρα είναι οι δύο μεταβλητές που έχουν τη μεγαλύτερη επιρροή. Ωστόσο, η συμπεριφορά της σκόνης επηρεάζεται επίσης από τις ταχύτητες επεξεργασίας, όπως η ταχύτητα ανάμειξης ή η ταχύτητα πλήρωσης γραμμής, καθώς και άλλοι παράγοντες όπως τα επίπεδα υγρασίας περιβάλλοντος και ο χρόνος αποθήκευσης. Μια σκόνη με εξαιρετικές ιδιότητες μπορεί να παρουσιάζει κακή απόδοση όταν αποθηκεύεται ή υποβάλλεται σε επεξεργασία σε περιβάλλον με υγρασία ελαφρώς υψηλότερη από την κανονική.
Συμπεριφορά σε σκόνη
| Εξωτερικές μεταβλητές | Πότε και πού εμφανίζονται | Αποτέλεσμα |
| Ενοποίηση | Άμεση πίεση κραδασμών / χτύπημα (χοάνες, IBC, βαρέλια) | Αυξημένη πίεση, περιοχή επαφής και αριθμός σημείων επαφής μεταξύ των σωματιδίων Μειωμένη περιεκτικότητα σε αέρα μεταξύ των σωματιδίων (μειωμένο πορώδες) |
| Εξαερισμός | Εκφόρτωση βαρύτητας, ανάμειξη, πνευματική μεταφορά, ψεκασμός | Η πίεση, η περιοχή επαφής και ο αριθμός των σημείων επαφής μεταξύ των σωματιδίων μειώνονται. Η περιεκτικότητα σε αέρα μεταξύ των σωματιδίων αυξάνεται (αυξημένο πορώδες). |
| Ρυθμός ροής (διάτμησης). | Στη σκόνη, Μεταξύ της σκόνης και του τοίχου του εξοπλισμού, Ανάμιξη | Κυρίως μη νευτώνεια ροή Αυξημένη αντίσταση στη ροή σε χαμηλούς ρυθμούς ροής |
| Υγρασία | Αποθήκευση Επεξεργασία Προσθήκη ανθρώπου (κοκκοποίηση) | Αυξήστε την πρόσφυση μεταξύ των σωματιδίων Αύξηση της πρόσφυσης μεταξύ των σωματιδίων Αύξηση της αγωγιμότητας |
| Στατικός ηλεκτρισμός | Εκφόρτιση από τη χοάνη Πνευματική μεταφορά Ανάμιξη υψηλής διάτμησης | Αυξήστε την αντοχή συγκόλλησης μεταξύ των σωματιδίων που προσκολλάται η σκόνη στον εξοπλισμό |
| Χρόνος αποθήκευσης | Πρώτες ύλες/ενδιάμεσα υλικά | Ενοποίηση, συσσώρευση, μόνιμη επίπτωση στην απόδοση κατάντη |
Άλλες καταστάσεις για τις ιδιότητες των σωματιδίων
Αν και μπορεί να είναι σχετικά απλός ο έλεγχος ορισμένων μεταβλητών, είναι συχνά δύσκολο να αποφευχθούν οι αλλαγές στην περιεκτικότητα σε αέρα και το στρες στερεοποίησης κατά την επεξεργασία. Ακόμη και όταν οι σκόνες περνούν μέσα από έναν βασικό αγωγό μεταφοράς, μπορεί να εισαχθεί αέρας και μπορεί να συμβεί στερεοποίηση. Οι σκόνες διαστέλλονται και τα σωματίδια απέχουν περισσότερο όταν αερίζονται. Αυτό συμβαίνει σε πολλές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των εργασιών ανάμειξης, πλήρωσης και εκφόρτισης. Ακόμα και όταν πνευματική μεταφορά χωρίς εξωτερική παροχή αέρα δεν χρησιμοποιείται.
Η αναγνώριση ότι οποιαδήποτε από αυτές τις εξωτερικές μεταβλητές μπορεί να αλλάξει τη συμπεριφορά της σκόνης είναι το πρώτο βήμα προς την καλύτερη κατανόηση της απόδοσης της διαδικασίας. Στη συνέχεια, η μέτρηση της απόκρισης της σκόνης σε διάφορες εξωτερικές μεταβλητές μπορεί να δώσει μια εικόνα για το γιατί η σκόνη συμπεριφέρεται με συγκεκριμένο τρόπο και να παρουσιάσει ευκαιρίες για βελτιστοποίηση τόσο της φόρμουλας όσο και της απόδοσης παραγωγής.
Επιρροή Ιδιοτήτων Σωματιδίων
Εκτός από τις εξωτερικές μεταβλητές, υπάρχουν πολλές περισσότερες ιδιότητες σωματιδίων που επηρεάζουν τη συμπεριφορά των χαλαρών σκονών. Τα σωματίδια είναι πολύπλοκα και υπάρχουν πάρα πολλές παράμετροι για να τα περιγράψουμε πλήρως. Μέγεθος σωματιδίων και κατανομή μεγέθους εξετάζονται συχνά και αυτές οι δύο παράμετροι εξακολουθούν να είναι σημαντικές.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλές άλλες ιδιότητες σωματιδίων που επηρεάζουν τη συνολική συμπεριφορά της σκόνης. Οι βασικές ιδιότητες των σωματιδίων περιλαμβάνουν:
Σημείωση: Κάθε μία από αυτές τις ιδιότητες είναι περισσότερο κατανομή παρά μεμονωμένη τιμή. Μερικά μπορούν να μετρηθούν άμεσα, ενώ άλλα είναι πιο δύσκολο να ποσοτικοποιηθούν. Ωστόσο, όλα αυτά μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο που συμπεριφέρεται μια σκόνη. Δεδομένης της πολυπλοκότητας και της ποικιλίας των ιδιοτήτων των σωματιδίων και των εξωτερικών μεταβλητών, η πρόβλεψη της συμπεριφοράς της σκόνης χρησιμοποιώντας βασικές μαθηματικές μεθόδους είναι εξαιρετικά δύσκολη, αν όχι πέρα από τις τρέχουσες δυνατότητές μας.