Een toename van de hechtkracht van het poeder vermindert de vloeibaarheid aanzienlijk. De onderliggende mechanismen omvatten verstoring van de balans van krachten tussen de deeltjes, microstructurele reorganisatie en veranderingen in macroscopische mechanische reacties. Gebaseerd op gegevens uit multidisciplinaire studies kan de impact van hechtkracht op de vloeibaarheid als volgt worden samengevat:
I. Destructieve mechanismen van verhoogde hechting
1. Onevenwichtigheid van interdeeltjeskrachten
Een verbeterde hechting vergroot de Van der Waals-krachten, elektrostatische krachten en vloeistofbrugkrachten tussen deeltjes, wat leidt tot een stabiele agglomeratievorming.
Wanneer bijvoorbeeld de hechtkracht van nano-zirconiapoeder met 30% toeneemt, stijgt de rusthoek van 35° naar 45° en neemt de doorlooptijd met 50% toe.
Voor elke 1 mN/m toename in hechting, stijgt de samendrukbaarheid met 8–12%.
In een PVC-CPE-systeem neemt de porositeit tussen de deeltjes met 20% af wanneer het calciumcarbonaatgehalte met 5% toeneemt, en neemt de doorstroomtijd met 40% toe.
Microstructureel vergrendelingseffect
Een hogere kleefkracht zorgt ervoor dat deeltjes netwerk- of kettingachtige structuren vormen die het wegglijden van de deeltjes belemmeren.
Wanneer bijvoorbeeld de kleefkracht van magnesiumoxidepoeder wordt vergroot, neemt de cohesie toe van 0,8 kPa naar 1,5 kPa en daalt de vloeifunctie (FF) van 4,5 naar 2,8.
II. Waarneembare effecten van verhoogde hechting
III. Casestudies: Kleefkracht versus vloeibaarheid in typische materialen
1. Nano Zirkonia Poeder
Bij een deeltjesgrootte < 50 nm, een specifiek oppervlak > 30 m²/g en een hechtkracht > 1,2 mN/m is de vloei-index (FI) < 30. Door toevoeging van 0,5% gemicroniseerde silica wordt de hechting met 40% verlaagd, waardoor de vloei-index stijgt tot 45.
2. Farmaceutisch poeder (paracetamol)
De oorspronkelijke kleefkracht resulteert in een rusthoek van 52°; door toevoeging van 1% magnesiumstearaat wordt deze verlaagd tot 38°, waardoor de vloeibaarheid verbetert van ‘zeer slecht’ naar ‘goed’.
3. PVC-droogmengsel
Wanneer het CaCO₃-gehalte 15% overschrijdt, daalt de interdeeltjesporositeit onder de 0,35 en overschrijdt de kans op hopperboogvorming 60%.
Industriële strategieën om de toegenomen kleefkracht aan te pakken
1. Oppervlaktemodificatietechnologieën
Mechanisch polijsten: Door het oppervlak van vernet polyethyleen (XLPE)-poeder te polijsten met een honingraatmolen wordt de oppervlakteruwheid (Ra) teruggebracht van 1,2 μm tot 0,8 μm en wordt de hechting met 30% verlaagd.
Chemische coating: Nadat magnesiumoxidepoeder wordt behandeld met stearinezuur, neemt de contacthoek toe van 30° naar 110° en neemt de cohesie af met 45%.
2. Additieve controle
3. Procesparameteroptimalisatie
Twee-staps granulatie: Fijne lijmpoeders worden voorgeperst tot korrels van 1–2 mm en vervolgens opnieuw gegranuleerd tot deeltjes van 3–5 mm, waardoor de contactpunten met 80% worden verminderd.
Gradiëntdrogen: Voor vochtgevoelige poeders wordt stapsgewijs drogen toegepast bij 40 °C → 60 °C → 80 °C. Het vochtgehalte daalt van 3% naar 0,5% en de hechting neemt af met 70%.
V. Monitoring en vroege waarschuwingsmethoden voor klevende hechting
1. Online detectietechnologieën
Laserdeeltjesgrootte-hechtinganalysator: bewaakt de deeltjesgrootteverdeling en veranderingen in hechting in realtime en past de dosering van de stroomhulp dynamisch aan.
Thermogravimetrisch–FTIR (TG-FTIR): Analyseert of de verhoogde hechting het gevolg is van aan het oppervlak geadsorbeerde onzuiverheden (bijvoorbeeld CPE-pyrolyseproducten in PVC-systemen).
2. Indicatoren voor vloeibaarheidswaarschuwingen
Kritische hechtingsdrempel: Alarm wordt geactiveerd wanneer de hechtingskracht > 1,5 mN/m is (voor nanopoeders).
Dynamische bulkdichtheid (Dρb): vloeibaarheidsrisico vastgesteld wanneer Dρb < 1,6 g/cm³.
Conclusie
Een verhoogde hechting vermindert de vloeibaarheid van het poeder aanzienlijk door de krachtenbalans tussen de deeltjes en de microstructuur te veranderen. In de industriële praktijk is het essentieel om dit aan te pakken door middel van oppervlaktemodificatie, additievenregulering en procesoptimalisatie, en tegelijkertijd gebruik te maken van online monitoringtechnologieën voor dynamisch beheer van de hechting.