工藝設(shè)計(jì)師和工程師所需的粉體特性表征

對(duì)于新工廠的工藝設(shè)計(jì)人員，其目標(biāo)是按照設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介的要求設(shè)計(jì)能夠持續(xù)、加工粉體的設(shè)備。相比之下，生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)之一的工程師很少能夠更換設(shè)備，因此必須使用現(xiàn)有工廠設(shè)備來(lái)獲得可接受的工藝性能。雖然這些目標(biāo)有所不同，但兩個(gè)群體都需要詳細(xì)地理解工藝，了解粉體特性與工藝設(shè)備之間的相互關(guān)系，以及如何結(jié)合生產(chǎn)得到性能和質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。對(duì)于顆粒加工業(yè)而言，這可能是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。為了成功地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)粉體加工流程，工程師需要確定特定的單元操作對(duì)粉體的具體要求，然后測(cè)量粉體對(duì)這些環(huán)境條件的響應(yīng)。

例如混料從料斗流入壓片機(jī)進(jìn)入料靴，每當(dāng)粉體平面低于某一高度時(shí)，一批新的粉料就會(huì)重新注滿料斗。值得注意的是，某些混料再次注入后，短時(shí)間內(nèi)下料流動(dòng)將不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致工廠停工。當(dāng)料斗中的粉體恢復(fù)流動(dòng)時(shí)，堵塞現(xiàn)象就會(huì)轉(zhuǎn)移到料靴的位置，使得流入模具的流動(dòng)性較差，從而導(dǎo)致粉料填充不均勻。然而并非所有的混料都表現(xiàn)出這種行為。 

通過對(duì)這些簡(jiǎn)單工藝步驟的分析，可以得到粉體加工所處的條件。在下料的過程中，料斗出口處的粉料被其上方粉體的重量所壓制，重力則是與粉體高度密切相關(guān)。當(dāng)進(jìn)料靴內(nèi)的粉體停止流動(dòng)時(shí)，周圍機(jī)械振動(dòng)可能導(dǎo)致固結(jié)的問題。因此粉體對(duì)直接壓縮或振動(dòng)所造成固結(jié)的響應(yīng)是高度相關(guān)的。如果粉體固結(jié)導(dǎo)致流動(dòng)特性發(fā)生重大的變化，則有可能出現(xiàn)更多的問題。

圖為麥克儀器旗下富瑞曼科技 FT4粉體流變儀™-粉體流量測(cè)試儀

富瑞曼科技FT4粉體流變儀™-粉體流量測(cè)試儀在一臺(tái)儀器中集成了整體、剪切和動(dòng)態(tài)測(cè)量功能，因此為工程師提供了直觀、靈敏的方法，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的粉體，并可在固結(jié)、預(yù)處理、充氣甚至流化的狀態(tài)下分析樣品。通過比較樣品預(yù)處理后的流動(dòng)能與通過壓縮或振實(shí)固結(jié)的流動(dòng)能，可得到固結(jié)指數(shù)（CI）。以這種方式量化了粉體的響應(yīng)，從而可以觀察并解釋上述加工行為。

通過比較和研究?jī)煞N不同粉體A和B在模具中的填充性能，可以很好地證明以上論點(diǎn)。試樣A的CI值（振實(shí)后）為1.11，而試樣B的CI值為2.32。這表明試樣B是一種更粘的材料，具有非常細(xì)微（4微米）的棱角顆粒，受振動(dòng)的影響明顯大于試樣A。模具填充試驗(yàn)證實(shí)，樣品B固結(jié)后的性能會(huì)顯著下降，并且也可以從測(cè)試結(jié)果中得到驗(yàn)證。試樣A則表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。 

在這種情況下，工藝設(shè)計(jì)人員具有以下選項(xiàng) — 選擇一個(gè)壁面更陡峭的、更容易調(diào)節(jié)的料斗；遵循減少設(shè)備振動(dòng)的原則；或安裝可快速疏通料斗堵塞的組件。利用上述信息，生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)就可以在料斗填充環(huán)節(jié)采用更好的方法，并積極應(yīng)對(duì)堵塞的問題。使用較少量的粉料，同時(shí)更頻繁地加料可能是減少對(duì)工藝流程干擾的方法之一。兩組粉料采用細(xì)化的性能指標(biāo)并且更有相關(guān)性的測(cè)試，在測(cè)試結(jié)果中獲得的信息可以有效地控制設(shè)計(jì)參數(shù)或得到實(shí)際方法，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)。

英國(guó)富瑞曼科技作為美國(guó)麥克儀器子公司，專注于研究測(cè)量粉體流動(dòng)性的系統(tǒng)并具有超過15年的粉體及粉體流動(dòng)性表征經(jīng)驗(yàn)。專家團(tuán)隊(duì)為公司所有產(chǎn)品提供廣泛且有效的支持

富瑞曼儀器系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，提供的數(shù)據(jù)大限度地提高了工藝和產(chǎn)品的理解，加速了研發(fā)和配方的成功商業(yè)化，并支持粉體工藝的長(zhǎng)期優(yōu)化

富瑞曼科技總部位于英國(guó)格洛斯特郡，在主要地區(qū)擁有運(yùn)營(yíng)中心和分銷合作伙伴。公司曾榮獲“女王貿(mào)易企業(yè)獎(jiǎng)”。