美國micromeritics / 2024年六月份電子報-使用 FT4 粉末流變儀評估散裝化學品的批次間差異

目的

由於其亮白色和高折射率，二氧化鈦多年來一直在廣泛的行業中用作顏料和遮光劑。然而，儘管用途如此廣泛，但由於粉末的高黏聚性，加工粉末狀二氧化鈦通常極具挑戰性。在操作中管理這種材料時，例如從料斗中分配、送入單元操作以及與其他粉末混合，通常需要採取特殊措施。

識別和量化哪些粉末特性有利於高效加工，可以最佳化新配方，而無需花費大量成本在整個過程中運行樣品來評估適用性，從而節省大量時間和原材料，並最大限度地減少因不合格而造成的浪費產品。

評估批次間的變異性

儘管符合現有規格，但三批二氧化鈦在同一製程使用時表現出明顯不同的行為，導致最終產品品質出現不可接受的變化。採用了一系列傳統的分析技術，但未能區分這三個批次，部分原因是測試結果的高度變異性

使用FT4 粉末流變儀® 對批次樣品進行分析，結果顯示它們之間存在明顯且可重複的差異，從而合理化了技術性能的變化，並使操作者能夠在技術相關方面可靠地評估傳入批次的品質。

分析數據

• 動態測試-基本流動能BFE

三種材料中，樣品B產生的 BFE 最高，樣品C最低。在這種情況下，高BFE 是更有效填充粉末床的結果，這意味著槳片在移動時需要排出更多粉末，並且顆粒移動的可用空間更少。這導致需要更多的能量來移動床，這說明粉末在動態強制流動條件下（例如螺旋送料器中經歷的條件）可能會出現問題。

• 固體測試-氣體滲透率

三種材料中，樣品 B 產生的壓降最低，樣品C的壓降最高。高壓降表示流過樣品的氣流阻力較大，即滲透性較低。樣品B的較低壓降（較高滲透率）是高效填充床產生的均勻結構的典型特徵，通常與低應力環境（例如填充操作）中重力流的改善相關。

• 剪切測試

在剪切單元結果中觀察到不同的趨勢，這是由此測試方法建立的不同應力和流動狀態的結果。剪切池測試目的在代表重力料斗卸料等操作中經歷的高應力、靜態條件。樣品 A 產生的剪切應力值明顯高於其他兩個樣品，這說明它對固結儲存後的初始流動（從靜態到動態的轉變）具有更強的抵抗力。樣品 B 和 C 產生相似的剪切應力值，顯示它們在這些條件下表現相似。

結論

FT4 量化了三個樣品之間在動態、體積和剪切特性方面的明顯且可重複的差異。樣品 B 產生最高的基本流動能和滲透率值以及較低的剪切應力值，顯示其性能與其他樣品有很大不同。樣品A 和C 的結果表明，它們在一系列製程中表現出比樣品B 更強的內聚行為：樣品C 產生最低的BFE 和滲透率值，表明在較低應力製程（例如混合和填充）中具有最強的內聚行為，並且樣品 A 產生最高的剪切應力值，表明這在料斗卸料等高應力操作中會產生最大的流動阻力。粉末流動性不是材料固有的特性，而是更多地涉及粉末在特定設備中以所需方式流動的能力。成功的加工要求粉末和技術可良好匹配，同一種粉末在一種加工技術中表現良好但在另一種加工技術中表現不佳的情況並不少見。這意味著需要多種分析方法，其結果可以與過程排名相關聯，以產生與可接受的過程行為相對應的參數設計空間。 FT4 的多元方法不是依賴單一分析方式來描述所有過程的行為，而是模擬一系列單元操作，從而可以直接研究粉末對各種過程和環境條件的反應。