Drie verschillende fasen van poeders
Poeders zijn een uniek driefasenmateriaal. Het bestaat uit een vaste fase in de vorm van deeltjes, een gasfase tussen de deeltjes en een vloeibare fase op het oppervlak van de deeltjes of in hun structuur.
A poeder Een poeder is een losse verzameling van vaste, vloeibare en gasvormige fasen. Er bestaat een wijdverbreide misvatting dat het gedrag van een poeder eenvoudig kan worden beschreven door de stromingseigenschappen te begrijpen. Deze eigenschappen zijn discreet en kwantificeerbaar met één enkel getal. Helaas zijn beide ideeën onjuist. Dit is de reden waarom we, zelfs in de 21e eeuw, het gedrag van poeders nog steeds niet volledig begrijpen.
Stel je een glazen pot voor met los poeder. Denk na over hoe het poeder zich gedraagt als de pot omvalt. Denk na over hoe het poeder zich anders gedraagt als de pot wordt opgepakt en herhaaldelijk op een hard oppervlak wordt getikt. Elk verschil in het gedrag van een poeder in zijn losse staat versus zijn gecompacteerde staat is te danken aan zijn eigenschappen. Als het poeder bijvoorbeeld lijkt op droog zand, kan het gedrag voor en na het verdichten ongeveer hetzelfde zijn. Als het poeder echter lijkt op bloem, kunnen er na het verdichten heel verschillende vloei-eigenschappen worden waargenomen. Dit is een belangrijke en typische eigenschap van poeders.
Hoewel deze eigenschappen cruciaal zijn voor het begrijpen van het gedrag van poeder, externe variabelen—zoals de mate van beluchting of consolidatie—zijn even belangrijk. De chemische en fysieke eigenschappen van de deeltjes veranderen niet in deze toestanden. Het zijn de hoeveelheid lucht en de contactdruk tussen de deeltjes die ervoor zorgen dat de stroming aanzienlijk verschilt.
Invloed van externe variabelen
Zoals in de vorige voorbeelden is getoond, gedragen poeders zich heel anders wanneer ze belucht, los of geconsolideerd zijn. Sommige poeders zijn erg gevoelig voor deze variabelen, terwijl andere dat niet zijn. Sommige poeders kunnen goed vloeien wanneer ze belucht en los zijn, maar problemen veroorzaken wanneer ze geconsolideerd zijn (zoals toner). Andere poeders kunnen redelijk (goed) vloeien wanneer ze los zijn, en niet veel effect hebben wanneer ze geconsolideerd zijn, maar een echte verbetering in vloei hebben wanneer ze belucht zijn (zoals keramische poeders, zie video). Op basis van deze observaties is het onwaarschijnlijk dat één enkel getal adequaat beschrijft hoe een poeder zal reageren op grote hoeveelheden beluchting of hoge niveaus van consolidatie tijdens verwerking en toepassing.
Wat betreft vloei-eigenschappen zijn consolidatiespanning en luchtgehalte de twee variabelen die de grootste invloed hebben. Het poedergedrag wordt echter ook beïnvloed door verwerkingssnelheden, zoals mengsnelheid of lijnvulsnelheid, evenals andere factoren zoals omgevingsvochtigheidsniveaus en opslagtijd. Een poeder met uitstekende eigenschappen kan slechte prestaties vertonen wanneer het wordt opgeslagen of verwerkt in een omgeving met een vochtigheid die iets hoger is dan normaal.
Poedergedrag
| Externe variabelen | Wanneer en waar ze voorkomen | Effect |
| Consolidatie | Trilling / Slap Directe druk (hoppers, IBC's, vaten) | Verhoogde druk, contactoppervlak en aantal contactpunten tussen deeltjes Verminderde luchtinhoud tussen deeltjes (verminderde porositeit) |
| Beluchting | Zwaartekracht lossen, mengen, pneumatisch transport, verneveling | De druk, het contactoppervlak en het aantal contactpunten tussen deeltjes nemen af. Het luchtgehalte tussen deeltjes neemt toe (verhoogde porositeit). |
| Stroomsnelheid (schuifsnelheid) | In het poeder, Tussen het poeder en de apparatuurwand, Mengen | Voornamelijk niet-Newtoniaanse stroming. Verhoogde weerstand tegen stroming bij lage stroomsnelheden. |
| Vochtigheid | Opslag Verwerking Menselijke toevoeging (granulatie) | Verhoog de hechting tussen deeltjes Verhoog de hechting tussen deeltjes Verhoog de geleidbaarheid |
| Statische elektriciteit | Lossen uit trechter Pneumatisch transport Hoge schuifmenging | Verhoog de bindingssterkte tussen deeltjes Poeder hecht zich aan de apparatuur |
| Opslagtijd | Grondstoffen/tussenproducten | Consolidatie, agglomeratie, permanente impact op downstream-prestaties |
Andere situaties voor deeltjeseigenschappen
Hoewel het relatief eenvoudig is om sommige variabelen te beheersen, zijn veranderingen in het luchtgehalte en de verdichtingsspanning tijdens de verwerking vaak moeilijk te vermijden. Zelfs wanneer poeders door een eenvoudige transportgoot gaan, kan er lucht in de goot komen en kan er verdichting optreden. Poeders zetten uit en de deeltjes komen verder van elkaar af te liggen wanneer ze belucht worden. Dit gebeurt in veel processen, waaronder mengen, vullen en lossen. Zelfs wanneer er geen gebruik wordt gemaakt van pneumatisch transport zonder externe luchttoevoer.
Erkennen dat een van deze externe variabelen het poedergedrag kan veranderen, is de eerste stap naar een beter begrip van de procesprestaties. Vervolgens kan het meten van de reactie van het poeder op verschillende externe variabelen inzicht bieden in waarom het poeder zich op een bepaalde manier gedraagt en kansen bieden om zowel de formulering als de productie-efficiëntie te optimaliseren.
Invloed van deeltjeseigenschappen
Naast de externe variabelen zijn er nog veel meer deeltjeseigenschappen die het gedrag van losse poeders beïnvloeden. Deeltjes zijn complex en er zijn veel te veel parameters om ze volledig te beschrijven. Deeltjesgrootte en -grootteverdeling worden vaak in overweging genomen en deze twee parameters blijven belangrijk.
Er zijn echter veel andere deeltjeseigenschappen die het algehele gedrag van het poeder beïnvloeden. Belangrijke deeltjeseigenschappen zijn onder andere:
Let op: Elk van deze eigenschappen is meer een distributie dan een enkele waarde. Sommige kunnen direct worden gemeten, terwijl andere moeilijker te kwantificeren zijn. Ze kunnen echter allemaal van invloed zijn op de manier waarop een poeder zich gedraagt. Gezien de complexiteit en verscheidenheid van deeltjeseigenschappen en externe variabelen, is het voorspellen van poedergedrag met behulp van elementaire wiskundige methoden extreem moeilijk, zo niet buiten onze huidige mogelijkheden.