분말의 세 가지 다른 단계
파우더는 독특한 3상 물질입니다. 입자 형태의 고체상, 입자 사이의 기체상, 입자 표면이나 구조 내부의 액체상으로 구성됩니다.
ㅏ 가루 분말은 고체, 액체, 기체 상태가 느슨하게 섞여 있는 물질입니다. 분말의 거동은 유동 특성만으로 간단히 설명할 수 있다는 오해가 흔히 있습니다. 이러한 유동 특성은 개별적이며, 하나의 수치로 정량화할 수 있다고 생각하는 것입니다. 하지만 안타깝게도 이 두 가지 생각 모두 틀렸습니다. 바로 이 때문에 21세기인 지금도 우리는 분말의 거동을 완전히 이해하지 못하고 있습니다.
느슨한 분말이 들어 있는 유리 병을 상상해 보세요. 병이 넘어지면 분말이 어떻게 거동할지 생각해 보세요. 병을 집어 올려 단단한 표면에 반복적으로 두드리면 분말이 어떻게 다르게 거동할지 생각해 보세요. 느슨한 상태와 압축된 상태의 분말 거동에 차이가 있는 것은 그 특성 때문입니다. 예를 들어, 분말이 마른 모래와 같은 경우 압축 전후의 거동이 거의 같을 수 있습니다. 그러나 분말이 밀가루와 같은 경우 압축 후 매우 다른 흐름 특성을 관찰할 수 있습니다. 이는 분말의 중요하고 전형적인 특성입니다.
이러한 속성은 분말 동작을 이해하는 데 중요하지만, 외부 변수—통기 또는 응고의 정도와 같은—도 마찬가지로 중요합니다. 입자의 화학적 및 물리적 특성은 이러한 상태에서 변하지 않습니다. 공기의 양과 입자 간의 접촉 압력이 흐름에 상당한 차이를 발생시킵니다.
외부 변수의 영향
이전 예에서 보여 주었듯이, 분말은 통기되거나 느슨해지거나 굳어졌을 때 매우 다르게 거동합니다. 일부 분말은 이러한 변수에 매우 민감하지만 다른 분말은 그렇지 않습니다. 일부 분말은 통기되고 느슨할 때는 잘 흐르지만 굳어지면 문제가 될 수 있습니다(예: 토너). 다른 분말은 느슨할 때는 적당한(좋은) 흐름을 가질 수 있지만 굳어지면 큰 효과가 없지만 통기되면 흐름이 실제로 개선될 수 있습니다(예: 세라믹 분말, 비디오 참조). 이러한 관찰 결과에 따르면, 단일 숫자로는 처리 및 적용 중에 많은 양의 통기 또는 높은 수준의 굳어짐에 분말이 어떻게 반응하는지 적절하게 설명할 수 없을 것입니다.
유동 특성 측면에서, 응고 응력과 공기 함량은 가장 큰 영향을 미치는 두 가지 변수입니다. 그러나 분말 거동은 혼합 속도나 라인 충전 속도와 같은 처리 속도와 주변 습도 수준 및 보관 시간과 같은 다른 요인의 영향을 받습니다. 우수한 특성을 가진 분말은 습도가 정상보다 약간 높은 환경에서 보관 또는 처리될 때 성능이 저하될 수 있습니다.
분말의 거동
| 외부 변수 | 언제, 어디서 발생합니까? | 효과 |
| 강화 | 진동/슬랩 직접 압력(호퍼, IBC, 통) | 입자간 압력, 접촉면적, 접촉점 수 증가 입자간 공기함량 감소(기공률 감소) |
| 통기 | 중력 언로딩, 혼합, 공기 수송, 분무 | 입자 사이의 압력, 접촉 면적, 접촉점 수가 감소합니다. 입자 사이의 공기 함량이 증가합니다(기공률 증가). |
| 유량(전단) 속도 | 분말 속, 분말과 장비 벽 사이, 혼합 | 주로 비뉴턴 유동 낮은 유량 속도에서 유동 저항 증가 |
| 습기 | 저장 처리 인간 첨가(과립화) | 입자간의 접착력을 증가시킨다 입자간의 접착력을 증가시킨다 전도도를 증가시킨다 |
| 정전기 | 호퍼에서 배출 공기 수송 고전단 혼합 | 입자간의 결합력을 높여줍니다. Powder가 장비에 접착됩니다. |
| 보관 시간 | 원자재/중간자재 | 통합, 집적, 하류 성과에 대한 영구적 영향 |
입자 속성에 대한 다른 상황
일부 변수는 비교적 쉽게 제어할 수 있지만, 가공 중 공기 함량 변화 및 압축 응력은 피하기 어려운 경우가 많습니다. 분말이 기본적인 컨베이어 슈트를 통과하는 동안에도 공기가 유입되어 압축이 발생할 수 있습니다. 분말은 공기가 주입되면 팽창하고 입자 간 간격이 넓어집니다. 이러한 현상은 혼합, 충전, 배출 등 여러 공정에서 발생하며, 외부 공기 공급 없이 공압 이송을 사용하는 경우에도 마찬가지입니다.
이러한 외부 변수 중 하나가 분말의 거동을 변경할 수 있다는 것을 인식하는 것은 공정 성능을 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계입니다. 다음으로, 다양한 외부 변수에 대한 분말의 반응을 측정하면 분말이 특정 방식으로 거동하는 이유에 대한 통찰력을 제공하고 제형과 생산 효율성을 모두 최적화할 수 있는 기회를 제공할 수 있습니다.
입자 특성의 영향
외부 변수 외에도 분말의 거동에 영향을 미치는 입자 특성은 매우 다양합니다. 입자는 복잡하며, 이를 완벽하게 설명하기에는 매개변수가 너무 많습니다. 입자 크기와 크기 분포는 흔히 고려되는 요소이며, 이 두 가지 매개변수는 여전히 중요합니다.
그러나 파우더의 전반적인 거동에 영향을 미치는 다른 많은 입자 특성이 있습니다. 주요 입자 특성은 다음과 같습니다.
참고: 이러한 각 속성은 단일 값보다 분포에 가깝습니다. 일부는 직접 측정할 수 있지만 다른 일부는 정량화하기 어렵습니다. 그러나 이러한 모든 속성은 분말의 거동 방식에 영향을 미칠 수 있습니다. 입자 속성과 외부 변수의 복잡성과 다양성을 감안할 때 기본적인 수학적 방법을 사용하여 분말의 거동을 예측하는 것은 현재 우리의 능력을 넘어서는 것이 아니라면 극히 어렵습니다.