Trois phases différentes de poudres
Les poudres sont des matériaux triphasés uniques. Elles sont constituées d'une phase solide sous forme de particules, d'une phase gazeuse entre les particules et d'une phase liquide à la surface des particules ou à l'intérieur de leur structure.
UN poudre est un ensemble de phases solides, liquides et gazeuses. On pense souvent à tort que le comportement d'une poudre peut être décrit simplement en comprenant ses propriétés d'écoulement. Ces propriétés sont discret, quantifiable à l'aide d'un seul nombre. Malheureusement, ces deux idées sont fausses. C'est pourquoi, même au 21e siècle, nous ne comprenons toujours pas complètement le comportement des poudres.
Imaginez un bocal en verre contenant de la poudre en vrac. Pensez à la manière dont la poudre se comportera si le bocal est renversé. Pensez à la manière dont la poudre se comportera différemment si le bocal est ramassé et frappé à plusieurs reprises sur une surface dure. Toute différence dans le comportement d'une poudre à l'état lâche par rapport à son état compacté est due à ses propriétés. Par exemple, si la poudre ressemble à du sable sec, son comportement peut être à peu près le même avant et après compactage. Cependant, si la poudre ressemble à de la farine, des propriétés d'écoulement très différentes peuvent être observées après compactage. Il s'agit d'une propriété importante et typique des poudres.
Bien que ces propriétés soient cruciales pour comprendre le comportement de la poudre, variables externes— comme le degré d'aération ou de consolidation — sont tout aussi importants. Les propriétés chimiques et physiques des particules ne changent pas dans ces états. C'est la quantité d'air et la pression de contact entre les particules qui font que le débit diffère considérablement.
Influence des variables externes
Comme le montrent les exemples précédents, les poudres se comportent très différemment lorsqu'elles sont aérées, lâches ou consolidées. Certaines poudres sont très sensibles à ces variables, tandis que d'autres ne le sont pas. Certaines poudres peuvent bien s'écouler lorsqu'elles sont aérées et lâches, mais poser problème lorsqu'elles sont consolidées (comme le toner). D'autres poudres peuvent avoir un écoulement raisonnable (bon) lorsqu'elles sont lâches, et peu d'effet lorsqu'elles sont consolidées, mais présentent une réelle amélioration de l'écoulement lorsqu'elles sont aérées (comme les poudres céramiques, voir la vidéo). Sur la base de ces observations, il est peu probable qu'un seul chiffre puisse décrire de manière adéquate la réaction d'une poudre à de grandes quantités d'aération ou à des niveaux élevés de consolidation pendant le traitement et l'application.
En termes de propriétés d'écoulement, la contrainte de consolidation et la teneur en air sont les deux variables qui ont la plus grande influence. Cependant, le comportement de la poudre est également affecté par les vitesses de traitement, telles que la vitesse de mélange ou la vitesse de remplissage de la ligne, ainsi que par d'autres facteurs tels que le taux d'humidité ambiante et le temps de stockage. Une poudre aux excellentes propriétés peut présenter de mauvaises performances lorsqu'elle est stockée ou traitée dans un environnement avec une humidité légèrement supérieure à la normale.
Comportement de la poudre
| Variables externes | Quand et où ils se produisent | Effet |
| Consolidation | Vibration / Claquement Pression directe (trémies, IBC, fûts) | Augmentation de la pression, de la surface de contact et du nombre de points de contact entre les particules. Teneur en air réduite entre les particules (porosité diminuée). |
| Aération | Déchargement par gravité, mélange, transport pneumatique, atomisation | La pression, la surface de contact et le nombre de points de contact entre les particules diminuent. La teneur en air entre les particules augmente (porosité accrue). |
| Taux d'écoulement (cisaillement) | Dans la poudre, Entre la poudre et la paroi de l'équipement, Mélange | Écoulement principalement non newtonien Résistance accrue à l'écoulement à faible débit |
| Humidité | Stockage Traitement Ajout humain (granulation) | Augmente l'adhérence entre les particules Augmente l'adhérence entre les particules Augmente la conductivité |
| L'électricité statique | Déchargement depuis la trémie Transport pneumatique Mélange à haut cisaillement | Augmente la force de liaison entre les particules La poudre adhère à l'équipement |
| Durée de stockage | Matières premières/matières intermédiaires | Consolidation, agglomération, impact permanent sur la performance en aval |
Autres situations pour les propriétés des particules
Bien qu'il puisse être relativement simple de contrôler certaines variables, les changements de teneur en air et de contrainte de consolidation pendant le traitement sont souvent difficiles à éviter. Même lorsque les poudres passent à travers une goulotte de convoyeur de base, de l'air peut être introduit et une consolidation peut se produire. Les poudres se dilatent et les particules deviennent plus espacées lorsqu'elles sont aérées. Cela se produit dans de nombreux processus, y compris les opérations de mélange, de remplissage et de déchargement. Même lorsque transport pneumatique sans alimentation en air externe n'est pas utilisé.
Reconnaître que l'une de ces variables externes peut modifier le comportement de la poudre est la première étape vers une meilleure compréhension des performances du procédé. Ensuite, mesurer la réponse de la poudre à diverses variables externes peut donner un aperçu des raisons pour lesquelles la poudre se comporte d'une manière particulière et présenter des opportunités d'optimisation de la formulation et de l'efficacité de la production.
Influence des propriétés des particules
Outre les variables externes, de nombreuses autres propriétés des particules affectent le comportement des poudres libres. Les particules sont complexes et les paramètres sont bien trop nombreux pour les décrire complètement. La taille des particules et distribution des tailles sont souvent pris en compte, et ces deux paramètres restent importants.
Cependant, de nombreuses autres propriétés des particules influencent le comportement global de la poudre. Les principales propriétés des particules sont les suivantes :
Remarque : Chacune de ces propriétés est davantage une distribution qu'une valeur unique. Certaines peuvent être mesurées directement, tandis que d'autres sont plus difficiles à quantifier. Cependant, toutes peuvent avoir un impact sur le comportement d'une poudre. Étant donné la complexité et la variété des propriétés des particules et des variables externes, il est extrêmement difficile, voire au-delà de nos capacités actuelles, de prédire le comportement de la poudre à l'aide de méthodes mathématiques de base.