粉體靜電分析儀用于研究濕度對粉末表面性能的影響

2020-12-02

I. 介紹

1.理論

顆粒狀材料和細粉體在工業上有著廣泛的應用。為了控制和優化加工方法，這些材料必須被精確地表征。表征方法與顆粒的性質(粒度測量、形貌、化學成分……)和散粉的行為(流動性、密度、共混穩定性、靜電性能……)有關。然而，就散粉的物理行為而言，研發或質量控制實驗室中使用的大多數技術都是基于舊的測量技術。在過去的十年中，我們已經更新了這些技術，以滿足目前的研發實驗室和生產部門的要求。特別地，測量過程已被自動化和嚴格的初始化方法被應用，以獲得可重復和可解釋的結果。此外，圖像分析技術的應用提高了測量精度。

一系列的測量方法已被開發，以涵蓋工業加工粉體和顆粒材料的所有需要。然而，在本應用說明中，我們將集中于GranuCharge（粉體靜電分析儀）。

2.GranuCharge （粉體靜電分析儀）

靜電在粉體內部流動時產生。電荷的出現是由于摩擦電效應，即兩個固體接觸時的電荷交換。在粉體在設備(攪拌機、筒倉、輸送機等)內流動時，摩擦電效應發生在顆粒之間的接觸處以及顆粒與設備之間的接觸處。因此，用于構建該裝置的粉體的特性和材料的性質是重要的參數。

GranuCharge（粉體靜電分析儀）自動精確地測量在與選定材料接觸時產生的粉體內部的靜電荷量。

樣品粉體在一個振動的V型管中流動，然后落在一個與靜電計相連的法拉第杯中。靜電計測量粉體在V型管內流動時所獲得的電荷。為了獲得可重復的結果，使用旋轉或振動裝置有規律地進樣。

II. 粉體描述

以此應用程序說明一個示例。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(圖1a)，在潮濕環境下水解成琥珀酸(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，酸酐環封閉，電導率低，而水解后的琥珀酸在有水的情況下解離，電導率較高。因此，高電導率意味著有良好的消散電荷的能力，而低電導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

實驗方法

用GranuCharge研究了粉體的摩擦電效應。每次GranuCharge實驗均采用不銹鋼316L管和旋轉喂料器。

(參見圖2):

圖2:測試中使用的旋轉給料機照片。

每次進樣用量為50g，實驗后不回收。為了證明顆粒電荷的準確性/再現性，一些試驗重復了許多次。

實驗前記錄粉體質量mp, in g)。在測試開始時，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，粉體被倒入旋轉給料器內，然后開始實驗。終裝藥量在實驗結束時測量(Qf, μC)。

進行了兩個不同的試驗，個試驗研究了低水含量(RH = 38%， T = 25℃)對電荷密度的影響，第二個試驗研究了高水含量(RH = 85%， T = 80℃)對電荷密度的影響。

對于每個測試，測量方法是相同的。個點(t = 0 min時)對應于環境空氣條件(樣品盒打開后)。第二點是樣品在170℃的烤箱中放置一小時后的電荷。將樣品與濕度接觸后，記錄后的所有點。

2.結果

下面的表總結了個測試和第二個測試獲得的原始結果:

表1:低濕度(接近38%)和環境溫度(25℃)下測試的原始數據。

表2:高濕(接近85%)和高溫(80℃)下試驗的原始數據。

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驗時間的變化(Mean q, in μC/kg)

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構(a) (c)。然而,在高濕度(藍色曲線)這兩個有機化合物之間的過渡是更快,這是電荷密度相同的趨勢變化(因為化合物(c)防靜電是由于其高導電性)。

個點的電荷密度之間的差異可以解釋為兩個測試的化學反應是一種化學平衡(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于一個混合的形式(a)、(b)和(c)。

在實驗結束時測試高水分值(藍色曲線)，樣品具有負電荷密度，這可能是由于涂層(ESA)原本帶有輕微負電荷。

IV. 結論

? GranuCharge可以顯示粉體表面性質的變化。

? GranuCharge能夠測量濕度對玻璃粉涂層的影響。