粉末の3つの異なる相
粉末は、粒子の形をした固相、粒子間の気相、粒子の表面または粒子構造内部の液相からなる、ユニークな三相物質です。
あ 粉 固体、液体、気体のゆるやかな集合体です。粉末の挙動は流動特性を理解するだけで説明できるという誤解がよくあります。これらの特性は 離散、単一の数値で定量化できます。残念ながら、これらの考えは両方とも間違っています。これが、21 世紀になっても、粉体の挙動がまだ完全に理解されていない理由です。
粉がまとまったガラス瓶を想像してください。瓶を倒したら粉はどうなるか考えてみてください。瓶を持ち上げて硬い表面で繰り返したたいたら粉はどんなふうに変わるか考えてみてください。粉がまとまった状態と固まった状態では粉のふるまいに違いが出るのは、粉の特性によるものです。たとえば、粉が乾いた砂のような場合、固まる前と固まった後でふるまいはほぼ同じかもしれません。しかし、粉が小麦粉のような場合、固まると流動性が大きく変わります。これは粉の重要な典型的な特性です。
これらの特性は粉体の挙動を理解する上で重要ですが、 外部変数空気混入や固化の程度などの粒子の化学的および物理的特性は、同様に重要です。粒子の化学的および物理的特性は、これらの状態では変化しません。流れに大きな違いをもたらすのは、空気の量と粒子間の接触圧力です。
外部変数の影響
前の例で示したように、粉体は、空気を含んだ状態、緩んだ状態、または固められた状態によって、非常に異なる挙動を示します。これらの変数に対して非常に敏感な粉体もあれば、そうでない粉体もあります。空気を含んだ緩んだ状態ではよく流れる粉体もありますが、固められた状態では問題を引き起こします (トナーなど)。緩んだ状態では適度な (良好な) 流れがあり、固められてもあまり影響はありませんが、空気を含んだ状態では流れが実際に改善される粉体もあります (セラミック粉体など、ビデオを参照)。これらの観察に基づくと、処理および適用中に大量の空気を含んだ状態や高レベルの固めに対して粉体がどのように反応するかを 1 つの数値で適切に説明することはほとんど不可能です。
流動特性に関しては、圧密応力と空気含有量の 2 つが最も大きな影響を与える変数です。ただし、粉末の挙動は、混合速度やライン充填速度などの処理速度、および周囲の湿度レベルや保管時間などの他の要因によっても影響を受けます。優れた特性を持つ粉末であっても、通常よりもわずかに湿度が高い環境で保管または処理すると、性能が低下する可能性があります。
粉末挙動
| 外部変数 | いつ、どこで発生するか | 効果 |
| 統合 | 振動 / スラップ直接圧力（ホッパー、IBC、樽） | 粒子間の圧力、接触面積、接触点数の増加 粒子間の空気含有量の減少（多孔性の減少） |
| エアレーション | 重力荷降ろし、混合、空気輸送、霧化 | 粒子間の圧力、接触面積、接触点の数が減少します。粒子間の空気含有量が増加します（多孔度の増加）。 |
| 流動（せん断）速度 | 粉体中、粉体と装置壁の間、混合 | 主に非ニュートン流体 低流量で流動抵抗が増加 |
| 湿度 | 保管 加工 人力添加（造粒） | 粒子間の接着力を高める 粒子間の接着力を高める 導電性を高める |
| 静電気 | ホッパーからの排出 空気輸送 高せん断混合 | 粒子間の結合力を高める粉末が装置に付着する |
| 保管期間 | 原材料・中間材料 | 統合、集積、下流のパフォーマンスへの永続的な影響 |
粒子特性に関するその他の状況
いくつかの変数を制御するのは比較的簡単かもしれませんが、処理中の空気含有量と圧密応力の変化は避けるのが難しいことがよくあります。粉末が基本的なコンベアシュートを通過するときにも、空気が入り込み、圧密が発生する可能性があります。空気が入ると粉末は膨張し、粒子の間隔が広がります。これは、混合、充填、排出操作など、多くのプロセスで発生します。 空気輸送 外部空気供給なしでは使用されません。
これらの外部変数のいずれかが粉体の挙動を変える可能性があることを認識することが、プロセスのパフォーマンスをより深く理解するための第一歩です。次に、さまざまな外部変数に対する粉体の反応を測定することで、粉体が特定の方法で動作する理由についての洞察が得られ、配合と生産効率の両方を最適化する機会が得られます。
粒子特性の影響
外部変数に加えて、ルースパウダーの挙動に影響を与える粒子特性は他にもたくさんあります。粒子は複雑であり、それらを完全に説明するにはパラメータが多すぎます。粒子サイズと サイズ分布 は頻繁に考慮され、これら 2 つのパラメータは依然として重要です。
ただし、粉末の全体的な動作に影響を与える粒子特性は他にも多数あります。主な粒子特性は次のとおりです。
注: これらの各プロパティは、単一の値というよりも分布です。直接測定できるものもあれば、定量化が難しいものもあります。ただし、いずれも粉末の挙動に影響を与える可能性があります。粒子の特性と外部変数の複雑さと多様性を考えると、基本的な数学的手法を使用して粉末の挙動を予測することは、現在の能力を超えているとは言え、極めて困難です。