粉体静电分析仪用于研究湿度对粉末表面性能的影响

2020-12-02

I. 介绍

1.理论

颗粒状材料和细粉体在工业上有着广泛的应用。为了控制和优化加工方法,这些材料必须被精确地表征。表征方法与颗粒的性质(粒度测量、形貌、化学成分……)和散粉的行为(流动性、密度、共混稳定性、静电性能……)有关。然而,就散粉的物理行为而言,研发或质量控制实验室中使用的大多数技术都是基于旧的测量技术。在过去的十年中,我们已经更新了这些技术,以满足目前的研发实验室和生产部门的要求。特别地,测量过程已被自动化和严格的初始化方法被应用,以获得可重复和可解释的结果。此外,图像分析技术的应用提高了测量精度。

 

一系列的测量方法已被开发,以涵盖工业加工粉体和颗粒材料的所有需要。然而,在本应用说明中,我们将集中于GranuCharge(粉体静电分析仪)。

2.GranuCharge (粉体静电分析仪)

静电在粉体内部流动时产生。电荷的出现是由于摩擦电效应,即两个固体接触时的电荷交换。在粉体在设备(搅拌机、筒仓、输送机等)内流动时,摩擦电效应发生在颗粒之间的接触处以及颗粒与设备之间的接触处。因此,用于构建该装置的粉体的特性和材料的性质是重要的参数。

 

GranuCharge(粉体静电分析仪)自动精确地测量在与选定材料接触时产生的粉体内部的静电荷量。

 

样品粉体在一个振动的V型管中流动,然后落在一个与静电计相连的法拉第杯中。静电计测量粉体在V型管内流动时所获得的电荷。为了获得可重复的结果,使用旋转或振动装置有规律地进样。

II. 粉体描述

以此应用程序说明一个示例。它是一种玻璃粉,涂覆了接枝琥珀酸酐(ESA)的乙烯共聚物。该共聚物含有琥珀酸酐环(图1a),在潮湿环境下水解成琥珀酸(图1b)。由于琥珀酸是弱酸,它也在水中部分离解(图1c)。

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从图1可以看出,在低湿度条件下,酸酐环封闭,电导率低,而水解后的琥珀酸在有水的情况下解离,电导率较高。因此,高电导率意味着有良好的消散电荷的能力,而低电导率的样品则很难消散电荷。

III. GranuCharge(粉体静电分析仪)分析

1.Experimental protocol

实验方法

用GranuCharge研究了粉体的摩擦电效应。每次GranuCharge实验均采用不锈钢316L管和旋转喂料器。

(参见图2):

图2:测试中使用的旋转给料机照片。

 

每次进样用量为50g,实验后不回收。为了证明颗粒电荷的准确性/再现性,一些试验重复了许多次。

 

实验前记录粉体质量mp, in g)。在测试开始时,通过在法拉第杯中倒入粉体来测量初始粉体电荷(Qi, in μC)。一旦这些步骤完成,粉体被倒入旋转给料器内,然后开始实验。终装药量在实验结束时测量(Qf, μC)。

 

进行了两个不同的试验,个试验研究了低水含量(RH = 38%, T = 25℃)对电荷密度的影响,第二个试验研究了高水含量(RH = 85%, T = 80℃)对电荷密度的影响。

 

对于每个测试,测量方法是相同的。个点(t = 0 min时)对应于环境空气条件(样品盒打开后)。第二点是样品在170℃的烤箱中放置一小时后的电荷。将样品与湿度接触后,记录后的所有点。

 

2.结果

下面的表总结了个测试和第二个测试获得的原始结果:

 

表1:低湿度(接近38%)和环境温度(25℃)下测试的原始数据。

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表2:高湿(接近85%)和高温(80℃)下试验的原始数据。

The following figure represents charge density variation (Mean q, in μC/kg) versus time of experiment:

下表为电荷密度随实验时间的变化(Mean q, in μC/kg)

图3:湿度对涂有乙稀丁二酸酐的玻璃粉电荷密度的影响。

这些结果是非常有趣的,在低含水率(红色曲线)保持1140min后,电荷的小幅下降被突出。涂层性能的修改原因(cf。图1),这是由于之间的过渡结构(a) (c)。然而,在高湿度(蓝色曲线)这两个有机化合物之间的过渡是更快,这是电荷密度相同的趋势变化(因为化合物(c)防静电是由于其高导电性)。

 

个点的电荷密度之间的差异可以解释为两个测试的化学反应是一种化学平衡(cf。图1)。因此,在样本的纸板盒,有可能是玻璃粉体涂层成分的对应于一个混合的形式(a)、(b)和(c)。

 

在实验结束时测试高水分值(蓝色曲线),样品具有负电荷密度,这可能是由于涂层(ESA)原本带有轻微负电荷。

IV. 结论

? GranuCharge可以显示粉体表面性质的变化。

? GranuCharge能够测量湿度对玻璃粉涂层的影响。

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