Tre diverse fasi delle polveri
Le polveri sono un materiale trifase unico. Consiste in una fase solida sotto forma di particelle, una fase gassosa tra le particelle e una fase liquida sulla superficie delle particelle o all'interno della loro struttura.
UN polvere è una raccolta libera di fasi solide, liquide e gassose. C'è un malinteso comune secondo cui il comportamento di una polvere può essere descritto semplicemente comprendendone le proprietà di flusso. Queste proprietà sono discreto, quantificabile con un singolo numero. Sfortunatamente, entrambe queste idee sono errate. Ecco perché, anche nel 21° secolo, non comprendiamo ancora appieno il comportamento delle polveri.
Immagina un barattolo di vetro contenente polvere sciolta. Pensa a come si comporterà la polvere se il barattolo viene rovesciato. Considera come si comporterà diversamente la polvere se il barattolo viene raccolto e ripetutamente battuto su una superficie dura. Qualsiasi differenza nel comportamento di una polvere nel suo stato sciolto rispetto al suo stato compattato è dovuta alle sue proprietà. Ad esempio, se la polvere è come sabbia asciutta, il suo comportamento potrebbe essere più o meno lo stesso prima e dopo la compattazione. Tuttavia, se la polvere è come farina, si possono osservare proprietà di flusso molto diverse dopo la compattazione. Questa è una proprietà importante e tipica delle polveri.
Sebbene queste proprietà siano fondamentali per comprendere il comportamento della polvere, variabili esterne—come il grado di aerazione o consolidamento—sono ugualmente importanti. Le proprietà chimiche e fisiche delle particelle non cambiano in questi stati. Sono la quantità di aria e la pressione di contatto tra le particelle che causano una differenza significativa del flusso.
Influenza delle variabili esterne
Come mostrato negli esempi precedenti, le polveri si comportano in modo molto diverso quando sono aerate, sciolte o consolidate. Alcune polveri sono molto sensibili a queste variabili, mentre altre non lo sono. Alcune polveri possono scorrere bene quando sono aerate e sciolte, ma causare problemi quando sono consolidate (come il toner). Altre polveri possono avere un flusso ragionevole (buono) quando sono sciolte e non molto effetto quando sono consolidate, ma avere un reale miglioramento del flusso quando sono aerate (come le polveri ceramiche, vedere il video). Sulla base di queste osservazioni, è improbabile che un singolo numero descriva adeguatamente come una polvere reagirà a grandi quantità di aerazione o alti livelli di consolidamento durante la lavorazione e l'applicazione.
In termini di proprietà di flusso, lo stress di consolidamento e il contenuto d'aria sono le due variabili che hanno la maggiore influenza. Tuttavia, il comportamento della polvere è anche influenzato dalle velocità di lavorazione, come la velocità di miscelazione o la velocità di riempimento della linea, nonché da altri fattori come i livelli di umidità ambientale e il tempo di conservazione. Una polvere con proprietà eccellenti può mostrare scarse prestazioni se conservata o lavorata in un ambiente con umidità leggermente superiore al normale.
Comportamento della polvere
| Variabili esterne | Quando e dove si verificano | Effetto |
| Consolidamento | Vibrazione / Slap Pressione diretta (tramogge, IBC, fusti) | Aumento della pressione, dell'area di contatto e del numero di punti di contatto tra le particelle Riduzione del contenuto d'aria tra le particelle (riduzione della porosità) |
| Aerazione | Scarico per gravità, miscelazione, trasporto pneumatico, atomizzazione | La pressione, l'area di contatto e il numero di punti di contatto tra le particelle diminuiscono. Il contenuto di aria tra le particelle aumenta (porosità aumentata). |
| Portata (taglio) | Nella polvere, Tra la polvere e la parete dell'attrezzatura, Miscelazione | Flusso prevalentemente non newtoniano Maggiore resistenza al flusso a basse portate |
| Umidità | Conservazione Elaborazione Aggiunta umana (granulazione) | Aumentare l'adesione tra le particelle Aumentare l'adesione tra le particelle Aumentare la conduttività |
| Elettricità statica | Scarico dalla tramoggia Trasporto pneumatico Miscelazione ad alto taglio | Aumenta la forza di legame tra le particelle La polvere aderisce all'attrezzatura |
| Tempo di conservazione | Materie prime/materiali intermedi | Consolidamento, agglomerazione, impatto permanente sulle prestazioni a valle |
Altre situazioni per le proprietà delle particelle
Sebbene possa essere relativamente semplice controllare alcune variabili, i cambiamenti nel contenuto d'aria e nello stress di consolidamento durante la lavorazione sono spesso difficili da evitare. Anche quando le polveri passano attraverso uno scivolo di trasporto di base, può essere introdotta aria e può verificarsi il consolidamento. Le polveri si espandono e le particelle diventano più distanziate quando vengono aerate. Ciò accade in molti processi, tra cui le operazioni di miscelazione, riempimento e scarico. Anche quando trasporto pneumatico senza un apporto d'aria esterno non viene utilizzato.
Riconoscere che una qualsiasi di queste variabili esterne può alterare il comportamento della polvere è il primo passo verso una migliore comprensione delle prestazioni del processo. Successivamente, misurare la risposta della polvere a varie variabili esterne può fornire informazioni sul perché la polvere si comporta in un modo particolare e presentare opportunità per ottimizzare sia l'efficienza della formulazione che quella della produzione.
Influenza delle proprietà delle particelle
Oltre alle variabili esterne, ci sono molte altre proprietà delle particelle che influenzano il comportamento delle polveri sciolte. Le particelle sono complesse e ci sono troppi parametri per descriverle completamente. Dimensioni delle particelle e distribuzione delle dimensioni vengono spesso presi in considerazione e questi due parametri sono ancora importanti.
Tuttavia, ci sono molte altre proprietà delle particelle che influenzano il comportamento complessivo della polvere. Le proprietà chiave delle particelle includono:
Nota: ciascuna di queste proprietà è più una distribuzione che un singolo valore. Alcune possono essere misurate direttamente, mentre altre sono più difficili da quantificare. Tuttavia, tutte possono avere un impatto sul comportamento di una polvere. Data la complessità e la varietà delle proprietà delle particelle e delle variabili esterne, prevedere il comportamento della polvere utilizzando metodi matematici di base è estremamente difficile, se non al di là delle nostre attuali capacità.