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        GranuCharge (粉體靜電分析儀)用于研究濕度對粉末表面性能的影響

        GranuCharge (粉體靜電分析儀)用于研究濕度對粉末表面性能的影響
        麥奇克/Microtrac  2020-11-11  |  閱讀:1211

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        1.JPG

        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)(粒度測量、形貌、化學(xué)成分……)和散粉的行為(流動性、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)都是基于舊的測量技術(shù)。在過去的十年中,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,測量過程已被自動化和嚴(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)用提高了測量精度。


        一系列的測量方法已被開發(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、輸送機(jī)等)內(nèi)流動時(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)自動精確地測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)振動的V型管中流動,然后落在一個(gè)與靜電計(jì)相連的法拉第杯中。靜電計(jì)測量粉體在V型管內(nèi)流動時(shí)所獲得的電荷。為了獲得可重復(fù)的結(jié)果,使用旋轉(zhuǎn)或振動裝置有規(guī)律地進(jìn)樣。

        II. 粉體描述

        以此應(yīng)用程序說明一個(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)。

        2.png

        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):

        3.png

        圖2:測試中使用的旋轉(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)。在測試開始時(shí),通過在法拉第杯中倒入粉體來測量初始粉體電荷(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)。最終裝藥量在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測量(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℃)對電荷密度的影響。


        對于每個(gè)測試,測量方法是相同的。個(gè)點(diǎn)(t = 0 min時(shí))對應(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,記錄最后的所有點(diǎn)。


        2.結(jié)果

        下面的表總結(jié)了個(gè)測試和第二個(gè)測試獲得的原始結(jié)果:


        表1:低濕度(接近38%)和環(huán)境溫度(25℃)下測試的原始數(shù)據(jù)。

        4.png

        表2:高濕(接近85%)和高溫(80℃)下試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)。

        5.png

        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)

        6.png

        圖3:濕度對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)化合物之間的過渡是更快,這是電荷密度相同的趨勢變化(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能夠測量濕度對玻璃粉涂層的影響。

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