2020-12-02
I. 介紹
1.理論
顆粒狀材料和細(xì)粉體在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。為了控制和優(yōu)化加工方法，這些材料必須被精確地表征。表征方法與顆粒的性質(zhì)(粒度測(cè)量、形貌、化學(xué)成分……)和散粉的行為(流動(dòng)性、密度、共混穩(wěn)定性、靜電性能……)有關(guān)。然而，就散粉的物理行為而言，研發(fā)或質(zhì)量控制實(shí)驗(yàn)室中使用的大多數(shù)技術(shù)都是基于舊的測(cè)量技術(shù)。在過(guò)去的十年中，我們已經(jīng)更新了這些技術(shù)，以滿足目前的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)部門的要求。特別地，測(cè)量過(guò)程已被自動(dòng)化和嚴(yán)格的初始化方法被應(yīng)用，以獲得可重復(fù)和可解釋的結(jié)果。此外，圖像分析技術(shù)的應(yīng)用提高了測(cè)量精度。
一系列的測(cè)量方法已被開發(fā)，以涵蓋工業(yè)加工粉體和顆粒材料的所有需要。然而，在本應(yīng)用說(shuō)明中，我們將集中于GranuCharge（粉體靜電分析儀）。
2.GranuCharge （粉體靜電分析儀）
靜電在粉體內(nèi)部流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生。電荷的出現(xiàn)是由于摩擦電效應(yīng)，即兩個(gè)固體接觸時(shí)的電荷交換。在粉體在設(shè)備(攪拌機(jī)、筒倉(cāng)、輸送機(jī)等)內(nèi)流動(dòng)時(shí)，摩擦電效應(yīng)發(fā)生在顆粒之間的接觸處以及顆粒與設(shè)備之間的接觸處。因此，用于構(gòu)建該裝置的粉體的特性和材料的性質(zhì)是重要的參數(shù)。
GranuCharge（粉體靜電分析儀）自動(dòng)精確地測(cè)量在與選定材料接觸時(shí)產(chǎn)生的粉體內(nèi)部的靜電荷量。
樣品粉體在一個(gè)振動(dòng)的V型管中流動(dòng)，然后落在一個(gè)與靜電計(jì)相連的法拉第杯中。靜電計(jì)測(cè)量粉體在V型管內(nèi)流動(dòng)時(shí)所獲得的電荷。為了獲得可重復(fù)的結(jié)果，使用旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)裝置有規(guī)律地進(jìn)樣。
II. 粉體描述
以此應(yīng)用程序說(shuō)明一個(gè)示例。它是一種玻璃粉，涂覆了接枝琥珀酸酐(ESA)的乙烯共聚物。該共聚物含有琥珀酸酐環(huán)(圖1a)，在潮濕環(huán)境下水解成琥珀酸(圖1b)。由于琥珀酸是弱酸，它也在水中部分離解(圖1c)。
從圖1可以看出，在低濕度條件下，酸酐環(huán)封閉，電導(dǎo)率低，而水解后的琥珀酸在有水的情況下解離，電導(dǎo)率較高。因此，高電導(dǎo)率意味著有良好的消散電荷的能力，而低電導(dǎo)率的樣品則很難消散電荷。
III. GranuCharge（粉體靜電分析儀）分析
1.Experimental protocol
實(shí)驗(yàn)方法
用GranuCharge研究了粉體的摩擦電效應(yīng)。每次GranuCharge實(shí)驗(yàn)均采用不銹鋼316L管和旋轉(zhuǎn)喂料器。
(參見圖2):
圖2:測(cè)試中使用的旋轉(zhuǎn)給料機(jī)照片。
每次進(jìn)樣用量為50g，實(shí)驗(yàn)后不回收。為了證明顆粒電荷的準(zhǔn)確性/再現(xiàn)性，一些試驗(yàn)重復(fù)了許多次。
實(shí)驗(yàn)前記錄粉體質(zhì)量mp, in g)。在測(cè)試開始時(shí)，通過(guò)在法拉第杯中倒入粉體來(lái)測(cè)量初始粉體電荷(Qi, in μC)。一旦這些步驟完成，粉體被倒入旋轉(zhuǎn)給料器內(nèi)，然后開始實(shí)驗(yàn)。終裝藥量在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)量(Qf, μC)。
進(jìn)行了兩個(gè)不同的試驗(yàn)，個(gè)試驗(yàn)研究了低水含量(RH = 38%， T = 25℃)對(duì)電荷密度的影響，第二個(gè)試驗(yàn)研究了高水含量(RH = 85%， T = 80℃)對(duì)電荷密度的影響。
對(duì)于每個(gè)測(cè)試，測(cè)量方法是相同的。個(gè)點(diǎn)(t = 0 min時(shí))對(duì)應(yīng)于環(huán)境空氣條件(樣品盒打開后)。第二點(diǎn)是樣品在170℃的烤箱中放置一小時(shí)后的電荷。將樣品與濕度接觸后，記錄后的所有點(diǎn)。
2.結(jié)果
下面的表總結(jié)了個(gè)測(cè)試和第二個(gè)測(cè)試獲得的原始結(jié)果:
表1:低濕度(接近38%)和環(huán)境溫度(25℃)下測(cè)試的原始數(shù)據(jù)。
表2:高濕(接近85%)和高溫(80℃)下試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)。
The following figure represents charge density variation (Mean q, in μC/kg) versus time of experiment:
下表為電荷密度隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的變化(Mean q, in μC/kg)
圖3:濕度對(duì)涂有乙稀丁二酸酐的玻璃粉電荷密度的影響。
這些結(jié)果是非常有趣的，在低含水率(紅色曲線)保持1140min后，電荷的小幅下降被突出。涂層性能的修改原因(cf。圖1),這是由于之間的過(guò)渡結(jié)構(gòu)(a) (c)。然而,在高濕度(藍(lán)色曲線)這兩個(gè)有機(jī)化合物之間的過(guò)渡是更快,這是電荷密度相同的趨勢(shì)變化(因?yàn)榛衔?c)防靜電是由于其高導(dǎo)電性)。
個(gè)點(diǎn)的電荷密度之間的差異可以解釋為兩個(gè)測(cè)試的化學(xué)反應(yīng)是一種化學(xué)平衡(cf。圖1)。因此,在樣本的紙板盒,有可能是玻璃粉體涂層成分的對(duì)應(yīng)于一個(gè)混合的形式(a)、(b)和(c)。
在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)試高水分值(藍(lán)色曲線)，樣品具有負(fù)電荷密度，這可能是由于涂層(ESA)原本帶有輕微負(fù)電荷。
IV. 結(jié)論
? GranuCharge可以顯示粉體表面性質(zhì)的變化。
? GranuCharge能夠測(cè)量濕度對(duì)玻璃粉涂層的影響。
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