Une augmentation de l'adhésivité d'une poudre réduit significativement sa fluidité. Les mécanismes sous-jacents impliquent une perturbation de l'équilibre des forces interparticulaires, une réorganisation microstructurale et des modifications des réponses mécaniques macroscopiques. D'après des données issues d'études multidisciplinaires, l'impact de l'adhésivité sur la fluidité peut être résumé comme suit :
I. Mécanismes destructeurs de l'augmentation de l'adhésivité
1. Déséquilibre des forces interparticulaires
L'adhérence améliorée augmente les forces de van der Waals, les forces électrostatiques et les forces de pont liquide entre les particules, conduisant à la formation d'agglomérats stables.
Par exemple, lorsque la force d'adhérence de la poudre de nano-zircone augmente de 30%, l'angle de repos passe de 35° à 45° et le temps d'écoulement augmente de 50%.
Pour chaque augmentation de 1 mN/m de l’adhérence, la compressibilité augmente de 8 à 12%.
Dans un système PVC-CPE, lorsque la teneur en carbonate de calcium augmente de 5%, la porosité interparticulaire diminue de 20% et le temps d'écoulement augmente de 40%.
Effet de verrouillage microstructural
Une adhésivité plus élevée amène les particules à former des structures en réseau ou en chaîne qui empêchent le glissement des particules.
Par exemple, après avoir amélioré l’adhérence de la poudre d’oxyde de magnésium, sa cohésion augmente de 0,8 kPa à 1,5 kPa et la fonction d’écoulement (FF) chute de 4,5 à 2,8.
II. Effets observables d'une adhérence accrue
III. Études de cas : Adhésivité et fluidité dans des matériaux typiques
1. Poudre de nano-zircone
Lorsque la taille des particules est inférieure à 50 nm, la surface spécifique supérieure à 30 m²/g et la force d'adhérence supérieure à 1,2 mN/m, l'indice d'écoulement (IF) est inférieur à 30. L'ajout de silice micronisée 0,51 TP3T réduit l'adhérence de 40 TP3T, portant l'IF à 45.
2. Poudre pharmaceutique (paracétamol)
L'adhérence d'origine se traduit par un angle de repos de 52° ; l'ajout de stéarate de magnésium 1% l'abaisse à 38°, améliorant la fluidité de « très mauvaise » à « bonne ».
3. Mélange sec de PVC
Lorsque la teneur en CaCO₃ dépasse 15%, la porosité interparticulaire tombe en dessous de 0,35 et la probabilité de formation d'arc dans la trémie dépasse 60%.
Stratégies industrielles pour faire face à l'augmentation de l'adhérence
1. Technologies de modification de surface
Polissage mécanique : L'utilisation d'un broyeur en nid d'abeille pour polir la surface de la poudre de polyéthylène réticulé (XLPE) réduit la rugosité de surface (Ra) de 1,2 μm à 0,8 μm et diminue l'adhérence de 30%.
Revêtement chimique : après que la poudre d'oxyde de magnésium soit traitée avec de l'acide stéarique, l'angle de contact augmente de 30° à 110° et la cohésion diminue de 45%.
2. Contrôle additif
3. Optimisation des paramètres du processus
Granulation en deux étapes : pré-presser les poudres adhésives fines en granulés de 1 à 2 mm, puis re-granuler en particules de 3 à 5 mm, réduisant ainsi les points de contact de 80%.
Séchage par gradient : pour les poudres sensibles à l'humidité, adopter un séchage par étapes à 40 °C → 60 °C → 80 °C. La teneur en humidité passe de 31 TP3T à 0,51 TP3T et l'adhérence diminue de 701 TP3T.
V. Méthodes de surveillance et d'alerte précoce de l'adhésivité
1. Technologies de détection en ligne
Analyseur de taille de particules laser et d'adhérence : surveille la distribution de la taille des particules et les changements d'adhérence en temps réel, en ajustant dynamiquement le dosage de l'agent d'écoulement.
Thermogravimétrique–FTIR (TG-FTIR) : analyse si l'augmentation de l'adhésivité est due à des impuretés adsorbées en surface (par exemple, les produits de pyrolyse CPE dans les systèmes PVC).
2. Indicateurs d'alerte de fluidité
Seuil d'adhérence critique : alarme déclenchée lorsque la force d'adhérence > 1,5 mN/m (pour les nanopoudres).
Masse volumique apparente dynamique (Dρb) : risque de fluidité identifié lorsque Dρb < 1,6 g/cm³.
Conclusion
Une adhésivité accrue réduit considérablement la fluidité de la poudre en modifiant l'équilibre des forces interparticulaires et la microstructure. Dans la pratique industrielle, il est essentiel de remédier à ce problème par la modification de surface, la régulation additive et l'optimisation des procédés, tout en exploitant les technologies de surveillance en ligne pour une gestion dynamique de l'adhésivité.