2020-11-02
一、摘要
溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)對聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)粉(fen)體的(de)物(wu)理性能影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)很大(da)。在(zai)本研究中，通過使(shi)用改(gai)進(jin)(jin)(jin)了(le)的(de)GranuPack儀器(qi)研究了(le)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)粉(fen)體的(de)壓(ya)實(shi)(shi)動(dong)力(li)(li)學，這是(shi)(shi)經典(dian)的(de)振(zhen)實(shi)(shi)密(mi)度(du)測(ce)量的(de)改(gai)進(jin)(jin)(jin)。壓(ya)實(shi)(shi)過程結(jie)束后，對樣品進(jin)(jin)(jin)行加熱，并在(zai)每次振(zhen)動(dong)后測(ce)量密(mi)度(du)的(de)變(bian)化(hua)。針對四種(zhong)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)(聚(ju)(ju)(ju)(ju)酰胺12、聚(ju)(ju)(ju)(ju)苯乙烯、聚(ju)(ju)(ju)(ju)氯乙烯和熱塑性聚(ju)(ju)(ju)(ju)氨酯)，分(fen)(fen)析了(le)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)對壓(ya)實(shi)(shi)力(li)(li)學性能和壓(ya)實(shi)(shi)率的(de)影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。我(wo)們(men)(men)發現，即使(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)遠低(di)于(yu)半結(jie)晶(jing)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)的(de)熔融溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)Tm，遠低(di)于(yu)非晶(jing)聚(ju)(ju)(ju)(ju)合(he)(he)物(wu)的(de)玻璃化(hua)轉變(bian)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)Tg，壓(ya)實(shi)(shi)動(dong)力(li)(li)學也會(hui)受到(dao)顯著影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。此外，我(wo)們(men)(men)還(huan)證(zheng)明，對不同溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下填(tian)料動(dong)力(li)(li)學的(de)分(fen)(fen)析可以確(que)定對應于(yu)結(jie)塊開(kai)始的(de)特(te)征溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)。后，我(wo)們(men)(men)證(zheng)明了(le)該溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)與(yu)差示(shi)掃描量熱法(DSC)分(fen)(fen)析是(shi)(shi)一致的(de)。
二、介紹
顆(ke)(ke)粒(li)(li)材(cai)料、細粉體和(he)(he)納米顆(ke)(ke)粒(li)(li)在工業應(ying)(ying)用中得到廣泛(fan)應(ying)(ying)用。然而，理解它們的(de)行(xing)(xing)為仍有許多挑戰。為了(le)(le)控制和(he)(he)優化加工方法(fa)，必須(xu)對(dui)這些材(cai)料進(jin)(jin)行(xing)(xing)精確表征。這種特性(xing)(xing)與(yu)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)性(xing)(xing)質(尺寸和(he)(he)形狀分布、粗糙(cao)度、孔隙度……)和(he)(he)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)組(zu)合行(xing)(xing)為(填料動力學、流動、團聚、分離……)有關。為了(le)(le)進(jin)(jin)行(xing)(xing)有代表性(xing)(xing)的(de)測量(liang)，測量(liang)期間的(de)環境條(tiao)件(溫度和(he)(he)相對(dui)濕度)應(ying)(ying)與(yu)應(ying)(ying)用中的(de)條(tiao)件相匹(pi)配。
粉(fen)體(ti)(ti)的(de)(de)行(xing)(xing)為受(shou)到(i)空間(jian)排斥(chi)，(ii)摩擦力(li)(li)，(iii)粘結力(li)(li)，(iv)與(yu)(yu)周(zhou)圍氣體(ti)(ti)的(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用的(de)(de)影(ying)響(xiang)。空間(jian)排斥(chi)與(yu)(yu)晶(jing)粒的(de)(de)幾何形狀有(you)關。摩擦力(li)(li)受(shou)表(biao)面狀態(粗糙或光滑的(de)(de)表(biao)面)和顆粒的(de)(de)化學性質的(de)(de)影(ying)響(xiang)。內聚力(li)(li)可由液體(ti)(ti)橋、靜電(dian)(dian)荷[12]、范德華力(li)(li)相(xiang)互(hu)作(zuo)用或更罕見的(de)(de)磁偶極(ji)子-偶極(ji)子相(xiang)互(hu)作(zuo)用引起。其中一(yi)種力(li)(li)量的(de)(de)優勢取決于環境(jing)條件。水(shui)分是(shi)已知的(de)(de)影(ying)響(xiang)靜態和動態顆粒材料的(de)(de)行(xing)(xing)為。事實上，水(shui)分影(ying)響(xiang)表(biao)面顆粒的(de)(de)電(dian)(dian)導率和毛細管橋的(de)(de)形成(cheng)。在經驗上，溫度(du)對(dui)晶(jing)粒間(jian)的(de)(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用也(ye)有(you)影(ying)響(xiang)。溫度(du)和濕度(du)也(ye)影(ying)響(xiang)著(zhu)顆粒的(de)(de)破碎行(xing)(xing)為。
粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)在(zai)(zai)(zai)高溫下的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)特性(xing)和壓(ya)實動(dong)(dong)力學對于(yu)基于(yu)選擇性(xing)層(ceng)熔(rong)融的(de)(de)(de)(de)增材制造方法尤其重要，特別是聚(ju)合(he)物粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)。粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)被預熱(re)(通常在(zai)(zai)(zai)玻璃化轉變(bian)溫度(du)以(yi)上的(de)(de)(de)(de)40攝(she)氏度(du)到90攝(she)氏度(du)之間)以(yi)減少(shao)激光照射熔(rong)化粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)所需的(de)(de)(de)(de)能量。因此(ci)(ci)，在(zai)(zai)(zai)這(zhe)個預熱(re)溫度(du)下，粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)性(xing)必須(xu)足夠，以(yi)便在(zai)(zai)(zai)重涂過程中產生均勻(yun)的(de)(de)(de)(de)粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)層(ceng)。此(ci)(ci)外，壓(ya)實密度(du)影響(xiang)圖形層(ceng)的(de)(de)(de)(de)融合(he)動(dong)(dong)力學，并因此(ci)(ci)影響(xiang)打印(yin)對象的(de)(de)(de)(de)機械性(xing)能。對于(yu)擠出應用，聚(ju)合(he)物粉(fen)(fen)(fen)體(ti)(ti)在(zai)(zai)(zai)高溫下的(de)(de)(de)(de)流(liu)動(dong)(dong)特性(xing)也必須(xu)得到很好的(de)(de)(de)(de)控制。
溫度對聚合物(wu)粉體(ti)流(liu)動(dong)的影響近已(yi)經(jing)用(yong)剪切(qie)盒和一(yi)個模擬(ni)3D打印機內重新編碼過程的定制實(shi)驗室設備進行(xing)了研究。特別地，剪切(qie)盒已(yi)經(jing)與聚酰胺(an)12一(yi)起使用(yong)，從環(huan)境溫度到(dao)接近聚合物(wu)熔點(dian)的值。流(liu)動(dong)度指標(biao)在140℃時相(xiang)對穩定，在160℃時突然增加。熔化溫度為Tm=180攝氏(shi)度。
對連續振(zhen)實(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)粉(fen)(fen)體(ti)樣品的(de)(de)(de)分析提供(gong)了(le)關于壓實(shi)(shi)(shi)動(dong)(dong)(dong)力(li)學和粉(fen)(fen)體(ti)流動(dong)(dong)(dong)性(xing)的(de)(de)(de)信(xin)息。除了(le)經典的(de)(de)(de)振(zhen)實(shi)(shi)(shi)密度測量方法之外(wai)，近基于基礎研究成(cheng)果(guo)開發(fa)了(le)一(yi)種名為GranuPack的(de)(de)(de)改進方法。每(mei)次振(zhen)動(dong)(dong)(dong)后(hou)，自動(dong)(dong)(dong)測量粉(fen)(fen)體(ti)的(de)(de)(de)密度，得到振(zhen)實(shi)(shi)(shi)曲線(也稱(cheng)為壓實(shi)(shi)(shi)曲線)。通過對這(zhe)條曲線的(de)(de)(de)分析，可以(yi)得到體(ti)積和振(zhen)實(shi)(shi)(shi)密度、Hausner比、Carr指數(shu)(shu)(shu)等經典參數(shu)(shu)(shu)，也可以(yi)得到動(dong)(dong)(dong)力(li)學參數(shu)(shu)(shu)。除了(le)填料動(dong)(dong)(dong)力(li)學，這(zhe)組參數(shu)(shu)(shu)也表征(zheng)粉(fen)(fen)體(ti)流動(dong)(dong)(dong)性(xing)。
在(zai)本論文(wen)中(zhong)，我們展示了溫(wen)度(du)如何影(ying)響填(tian)(tian)料動(dong)力(li)(li)學和結果(guo)，聚合物粉(fen)體的流動(dong)性使用GranuPack儀(yi)器配備加熱系(xi)統。特別是，溫(wen)度(du)對填(tian)(tian)料動(dong)力(li)(li)學的影(ying)響遠(yuan)遠(yuan)低于熔點溫(wen)度(du)。此外，從填(tian)(tian)料曲(qu)線中(zhong)提(ti)取的參數的分析允許測量對應于結塊開(kai)始(shi)的溫(wen)度(du)。后(hou)，我們證明這些溫(wen)度(du)是相干的差示掃描量熱(DSC)測量。
三、材料和方法
本文的目的不(bu)是比較(jiao)商業粉(fen)體，而是提出一種新的表(biao)征方法(fa)，特別適(shi)合(he)研究溫度對聚(ju)合(he)物粉(fen)體的流動(dong)和壓實動(dong)力學的影(ying)響(xiang)。因此(ci)，我們不(bu)公布所考慮樣(yang)品的品牌名稱，但我們通過顆粒-形態測量和差示掃描量熱法(fa)(DSC)對這些粉(fen)體進行詳細描述(shu)。
選用了四種(zhong)聚(ju)合物:聚(ju)酰胺12 (PA12)、聚(ju)苯乙烯(xi)(PS)、聚(ju)氯乙烯(xi)(PVC)和熱塑性聚(ju)氨酯(TPU)。PA12是一種(zhong)典型的粉體添加劑。考慮了三種(zhong)不同粒徑的PS樣品。
四、方法
4.1 高溫
GranuPack儀器近(jin)已用(yong)于(yu)進行高溫測(ce)(ce)(ce)量(liang)。首(shou)先，測(ce)(ce)(ce)量(liang)單(dan)元配備有電加熱(re)夾套，夾有熱(re)電偶(ou)來測(ce)(ce)(ce)量(liang)測(ce)(ce)(ce)量(liang)單(dan)元的溫度。第二，傳統GranuPack中用(yong)于(yu)測(ce)(ce)(ce)量(liang)樁(zhuang)高h的感應傳感器被位于(yu)離熱(re)樣(yang)品遠(yuan)的激光(guang)傳感器所取代。本研(yan)究(jiu)使用(yong)的測(ce)(ce)(ce)量(liang)單(dan)元能夠(gou)將(jiang)樣(yang)品加熱(re)到200攝氏度。實驗室環(huan)境溫度為(wei)21℃正負2℃，相對濕度為(wei)35% 正負 5%。
將大量粉體(ti)放入金(jin)屬管中(zhong)，其自動初始(shi)(shi)化(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)已在(zai)(zai)(zai)以前的(de)出(chu)版物中(zhong)解釋(shi)過(guo)。這(zhe)個初始(shi)(shi)化(hua)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)是在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)(wen)(wen)下執行的(de)。然后在(zai)(zai)(zai)粉體(ti)床的(de)頂(ding)部放置一個輕(qing)質空心(xin)圓筒，使(shi)粉體(ti)/空氣界面在(zai)(zai)(zai)壓實過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)保持平整，同時(shi)起到(dao)保溫(wen)(wen)(wen)隔熱(re)的(de)作用(yong)。然后，料筒被加熱(re)到(dao)選定的(de)溫(wen)(wen)(wen)度，并在(zai)(zai)(zai)開(kai)始(shi)(shi)測(ce)試前等(deng)待(dai)30分(fen)鐘。如附錄a .1所(suo)示，此(ci)等(deng)待(dai)時(shi)間足以使(shi)樣品(pin)內部溫(wen)(wen)(wen)度達(da)到(dao)均勻。對于(yu)每(mei)一種聚(ju)合物粉體(ti)，從環境溫(wen)(wen)(wen)度到(dao)更高(gao)溫(wen)(wen)(wen)度進行了一系列的(de)實驗(yan)，總是從環境溫(wen)(wen)(wen)度下的(de)新樣品(pin)開(kai)始(shi)(shi)。此(ci)外(wai)，沒有研究樣品(pin)的(de)*熔化(hua)(i)以避免測(ce)量池(chi)的(de)復雜清洗(xi)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)，(ii)專注于(yu)系統在(zai)(zai)(zai)顆粒狀態下的(de)分(fen)析。
為(wei)了進行(xing)振實(shi)，裝(zhuang)有粉(fen)體(ti)樣品的管子上升(sheng)到(dao)ΔZ高度并(bing)進行(xing)自(zi)(zi)由(you)落體(ti)。每(mei)次敲擊后(hou)(hou)用激光傳感器自(zi)(zi)動(dong)測量粉(fen)床高度h。由(you)樁(zhuang)高h計算樁(zhuang)體(ti)V。已知粉(fen)體(ti)質(zhi)量m，則計算密度q，即質(zhi)量m與粉(fen)體(ti)床體(ti)積V的比值，并(bing)在每(mei)次振動(dong)后(hou)(hou)繪制出曲(qu)線(xian)，從而得到(dao)壓實(shi)曲(qu)線(xian)。在本研究中，粉(fen)體(ti)的體(ti)積為(wei)40ml，ΔZ=1毫米和500次振動(dong)。
圖(tu)1為典型的(de)(de)振實曲線(xian)及其參數(shu)。初始密度(du)(或堆密度(du))ρ(0)= ρ0，終密度(du)(或振實密度(du)ρ(500)= ρ500和(he)Hausner比率Hr =ρ(500)/ ρ(0)是非常經典的(de)(de)參數(shu)。這(zhe)(zhe)些(xie)參數(shu)表征了粉(fen)體的(de)(de)密度(du)范(fan)圍，它是粉(fen)體歷史的(de)(de)函數(shu)。此外，可以提取表征壓實速度(du)的(de)(de)動力學(xue)參數(shu):達到振實范(fan)圍一(yi)半所需(xu)的(de)(de)振動次數(shu)n1/2，以及過(guo)程開始時的(de)(de)斜率α。如圖(tu)1所示(shi)，通(tong)過(guo)線(xian)性擬合(he)ρ(n)= ρ0+αn得到α。由于這(zhe)(zhe)一(yi)動力學(xue)參數(shu)是在振實曲線(xian)開始時測量的(de)(de)，因此它與(yu)顆粒的(de)(de)低約束和(he)高遷移(yi)率有關(guan)(guan)。因此，這(zhe)(zhe)個參數(shu)a預計(ji)與(yu)流動性有關(guan)(guan)。后，通(tong)過(guo)擬合(he)理論模型，可以更深入地分析填(tian)料曲線(xian)(本(ben)文(wen)未給出)。
4.2 顆粒形態
用比利時(shi)Occhio公司的Occhio 500納(na)米高分辨率(lv)顆粒形(xing)(xing)態儀測量了(le)顆粒大小和形(xing)(xing)貌。用真空(kong)分散(san)系統(tong)將粉(fen)體樣品分散(san)在玻璃板上，用攝像機對其(qi)進行(xing)分析。
本研(yan)究(jiu)考(kao)慮了中(zhong)間顆粒(li)值(中(zhong)位dev（v, 0.5），極值d(v, 0.9)和d(v, 0.1)，分(fen)布寬度(du)(du)(跨度(du)(du))和圓度(du)(du)。平(ping)均數是(shi)按體(ti)積計算(suan)的(de)。中(zhong)位數dev（v, 0.5）被定義為(wei)(wei)顆粒(li)體(ti)積的(de)一半在其值以(yi)下(xia)(xia)的(de)直徑(jing)。類似地，極值d(v, 0.9)和d(v, 0.1)定義為(wei)(wei)種群體(ti)積的(de)90%和10%位于其以(yi)下(xia)(xia)的(de)直徑(jing)。跨度(du)(du)定義為(wei)(wei):
如果(guo)分布(bu)很窄(zhai)，跨度(du)(du)就(jiu)會(hui)變小(xiao)。后，圓度(du)(du)(等周商)定義為(wei)
其中Ap為粒子圖(tu)像(xiang)的投影面積，cp為粒子圖(tu)像(xiang)的邊界像(xiang)素的長度之和計算(suan)出的周長。對于(yu)一(yi)個wanmei的圓，通過擴(kuo)展球(qiu)面Q = 1，當粒子形狀偏(pian)離球(qiu)面時Q減小
光學(xue)顯微鏡也被用來(lai)觀察顆粒。顯微鏡是尼康日蝕(shi)FN1在明亮的視野配(pei)置與目標10倍。
圖1所示。典型的(de)(de)振實(shi)曲線(也通常稱為壓實(shi)曲線)表示密度作為一個(ge)函數的(de)(de)振動次(ci)數。用GranuPack儀器獲(huo)得的(de)(de)曲線用從曲線中提取的(de)(de)參數進行注釋。
4.3 DSC
差示掃(sao)描量熱法(DSC)在Q1000 TA儀器上(shang)進行。在氮氣(qi)氣(qi)氛下，樣品的(de)升溫(wen)速(su)率(lv)為10℃/min, PS和(he)PVC的(de)升溫(wen)速(su)率(lv)為0 ~ 200℃，PA的(de)升溫(wen)速(su)率(lv)為80 ~ 200℃，TPU為80 ~ 220℃。玻璃(li)化轉變溫(wen)度(Tg)和(he)熔化溫(wen)度(Tm)是在第(di)一次(ci)加熱掃(sao)描時確(que)定的(de)，以考(kao)慮樣品的(de)歷史并分(fen)析收到的(de)樣品。
五、結果
5.1 顆粒大小和形態
圖(tu)(tu)2給出了用顆(ke)粒形貌儀獲得的(de)顆(ke)粒圖(tu)(tu)像的(de)選(xuan)擇。PS顆(ke)粒(PS20、PS80和PS140)均為(wei)球形，只有(you)較小的(de)不規則性。而PA12、PVC顆(ke)粒不規則，TPU顆(ke)粒不規則性較強。
從粒(li)度(du)分布(bu)中(zhong)提取的(de)參數如表1所示(shi)。三個PS樣本涵蓋了相對廣泛(fan)的(de)中(zhong)位數尺(chi)寸(cun)范圍，從22到142 µm，以研究顆(ke)粒(li)尺(chi)寸(cun)的(de)影響(xiang)。此(ci)后(hou)，我(wo)們將比較PS80、PA12、TPU和(he)PVC的(de)中(zhong)位數大小的(de)結果(guo)。
圖(tu)2所示。典(dian)型(xing)的(de)顆(ke)粒(li)圖(tu)像(xiang)。因為(wei)PS20和PS140都是球(qiu)形的(de)，所以只(zhi)提供(gong)PS80。為(wei)了便于比較，所有(you)圖(tu)片都使用相同的(de)比例。
表1主要顆粒(li)測量及形態指標:中位直徑dev（v, 0.5），極值dev（v, 0.9）和dev（v, 0.1），分布寬度(du)(跨度(du))和圓(yuan)度(du)Q。尺寸用µm表示。
圖3所示。PVC、PS80、PA12、TPU等粉體在(zai)不(bu)同溫度下的壓實(shi)曲(qu)線。當溫度升高時，填料動力(li)學(xue)減緩，終(zhong)密(mi)度降低，即(ji)填料曲(qu)線變平。
5.2 壓實動力學
圖3顯示了(le)在(zai)不(bu)同溫(wen)度(du)(du)下(xia)對(dui)四(si)種不(bu)同粉體(ti)(PA12, PS80, PVC和(he)TPU)的(de)(de)(de)壓(ya)實(shi)曲(qu)線(xian)，這四(si)種粉體(ti)具(ju)有相(xiang)對(dui)相(xiang)似(si)的(de)(de)(de)顆粒尺寸(cun)。PA12在(zai)22度(du)(du)和(he)75度(du)(du)重復測量了(le)三(san)次，只給(gei)出了(le)后一點的(de)(de)(de)標準差對(dui)應的(de)(de)(de)誤差條。對(dui)于相(xiang)同的(de)(de)(de)粉體(ti)，由于初(chu)始(shi)化是在(zai)室溫(wen)下(xia)進行的(de)(de)(de)，所以所有的(de)(de)(de)曲(qu)線(xian)都是從相(xiang)同的(de)(de)(de)密度(du)(du)ρ(0)開始(shi)的(de)(de)(de)。
分(fen)析振實密度(du)(du)(du)測量的(de)(de)(de)經典方法是(shi)基于(yu)(yu)Hausner比(bi)(bi)率Hr，該比(bi)(bi)率通常隨著流(liu)動性(xing)(xing)的(de)(de)(de)增(zeng)加而降(jiang)低。在(zai)目(mu)前的(de)(de)(de)配置中(zhong)，趨(qu)勢(shi)(shi)是(shi)反向的(de)(de)(de)。當溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高，然后粉體變得越來越粘稠。Hr隨溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變化(hua)趨(qu)勢(shi)(shi)如圖4所(suo)示(shi)。在(zai)室(shi)溫(wen)(wen)下執行的(de)(de)(de)初(chu)(chu)始化(hua)總是(shi)從相(xiang)(xiang)同的(de)(de)(de)初(chu)(chu)始密度(du)(du)(du)q0開始，部分(fen)解釋了(le)這種特殊(shu)的(de)(de)(de)行為(wei)。如圖4(左)所(suo)示(shi)，Hr對(dui)應的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)THr= 1。1 .依賴于(yu)(yu)材(cai)料。由于(yu)(yu)為(wei)了(le)避(bi)免樣品的(de)(de)(de)*熔化(hua)，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)接近(jin)但(dan)未超過1(見第2.2.1節的(de)(de)(de)解釋)，因此需要(yao)外推測量該溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。Hr隨溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變化(hua)不(bu)一定是(shi)線性(xing)(xing)的(de)(de)(de)，發(fa)展(zhan)一個(ge)(ge)符合(he)這一趨(qu)勢(shi)(shi)的(de)(de)(de)物理模型是(shi)一個(ge)(ge)有趣的(de)(de)(de)視角。在(zai)本研(yan)究中(zhong)，我們(men)(men)用后三點的(de)(de)(de)簡單(dan)線性(xing)(xing)擬合(he)來計(ji)算溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。對(dui)于(yu)(yu)同一材(cai)料(PS)但(dan)不(bu)同粒(li)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)一組測量值，Hausner比(bi)(bi)率下降(jiang)到(dao)Hr =1大(da)致在(zai)相(xiang)(xiang)同的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(見圖4(右(you)))。為(wei)了(le)進一步分(fen)析，我們(men)(men)將集中(zhong)研(yan)究壓實動力學。
壓實速度(du)也會受到溫度(du)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。振實的(de)(de)(de)特征數n1=2是(shi)這個特性的(de)(de)(de)一(yi)個很好的(de)(de)(de)候選者。然而，當溫度(du)升高時(shi)，n1=2收斂于無窮大，特征溫度(du)的(de)(de)(de)測(ce)量更加困(kun)難(nan)。因此，我們選擇了(le)與(yu)(yu)第一(yi)次振動(dong)時(shi)的(de)(de)(de)壓實曲(qu)線斜率α相對應的(de)(de)(de)另一(yi)個動(dong)態參(can)數(圖1)。圖5顯(xian)示了(le)不(bu)同(tong)(tong)材料(liao)(左)和不(bu)同(tong)(tong)粒度(du)(右)的(de)(de)(de)初始斜率α隨溫度(du)的(de)(de)(de)變化(hua)情況。由(you)于同(tong)(tong)樣的(de)(de)(de)原因，用后三個點(dian)的(de)(de)(de)線性擬(ni)合計(ji)算了(le)溫度(du)Tα= 0對應于α。這一(yi)溫度(du)與(yu)(yu)材料(liao)有(you)關，但(dan)與(yu)(yu)晶粒尺寸(cun)的(de)(de)(de)關系(xi)較小(xiao)，可以認為是(shi)結塊的(de)(de)(de)開始。這一(yi)術(shu)語將在以后的(de)(de)(de)顯(xian)微鏡觀(guan)察(cha)中得(de)到證明。
5.3 熱性能
由(you)圖6所示的(de)DSC曲(qu)線(xian)提取的(de)玻璃化轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)(Tg)和熔融溫(wen)(wen)度(du)(du)(Tm)見表(biao)2。此(ci)(ci)外(wai)，還將這(zhe)些轉變溫(wen)(wen)度(du)(du)與用GranuPack測量(liang)的(de)THr和Tα值為(wei)(wei)0所表(biao)征的(de)結(jie)塊開始時進行了比較。對于每種粉體，與振實(shi)(shi)范圍相關的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(1)和與壓(ya)實(shi)(shi)動(dong)力學相關的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(0)非常相似。用擬合方法(fa)得(de)到(dao)的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)誤差估計在8%左右。因(yin)此(ci)(ci)，可以認為(wei)(wei)它(ta)(ta)們是相同(tong)的(de)方法(fa)，以獲得(de)這(zhe)些溫(wen)(wen)度(du)(du)約8%。因(yin)此(ci)(ci)，我(wo)們可以認為(wei)(wei)它(ta)(ta)們是相同(tong)的(de)。
圖4所示。(左(zuo))PVC, PS80, PA12和TPU粉體的Hausner比(bi)率Hr隨溫(wen)(wen)度的變化(hua)。虛線與后(hou)點(dian)的線性擬(ni)合相對應(ying)，得(de)到特征(zheng)溫(wen)(wen)度。PA12在22度和75度的誤差條對應(ying)于從三(san)次測量中計算出的標(biao)準偏差。(右)不(bu)同粒徑PS粉體的豪斯納比(bi)隨溫(wen)(wen)度的變化(hua)。
表(biao)2表(biao)征這組粉體的溫度(用℃表(biao)示(shi))。用DSC測量(liang)Tg和Tm，曲線如圖6所示(shi)。從GranuPack測量(liang)中提取THr增(zeng)量(liang)1和Ta增(zeng)量(liang)0。
5.4 顯微鏡觀察
為(wei)了(le)(le)(le)(le)研究晶粒(li)(li)形(xing)態可能發生的(de)(de)(de)(de)改變(bian)，也為(wei)了(le)(le)(le)(le)找到(dao)(dao)關于(yu)晶粒(li)(li)間相互作用類型(xing)的(de)(de)(de)(de)額外(wai)信(xin)息，對測(ce)量(liang)后(hou)(hou)的(de)(de)(de)(de)粉體(ti)(ti)狀態進行(xing)(xing)了(le)(le)(le)(le)定性分析，并用光學顯微鏡(jing)觀(guan)察(cha)了(le)(le)(le)(le)晶粒(li)(li)。選擇PS80粉體(ti)(ti)進行(xing)(xing)分析，因(yin)為(wei)顆(ke)(ke)粒(li)(li)是(shi)光滑的(de)(de)(de)(de)和(he)球(qiu)形(xing)的(de)(de)(de)(de)，便于(yu)觀(guan)察(cha)形(xing)態變(bian)化。圖7(上)是(shi)PS80粉體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)圖片(pian)，圖7(下(xia))是(shi)在中等溫度(75℃)和(he)接近(jin)結塊開(kai)始(shi)溫度(110℃)下(xia)測(ce)量(liang)后(hou)(hou)用光學顯微鏡(jing)得到(dao)(dao)的(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)(li)圖片(pian)。在中等溫度下(xia)測(ce)量(liang)后(hou)(hou)，粉體(ti)(ti)含有團(tuan)聚體(ti)(ti)。這(zhe)些(xie)團(tuan)聚體(ti)(ti)非常脆。通過(guo)顯微鏡(jing)觀(guan)察(cha)，我們(men)沒有看到(dao)(dao)顆(ke)(ke)粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)任何變(bian)化。然(ran)而(er)，在接近(jin)結塊開(kai)始(shi)的(de)(de)(de)(de)溫度下(xia)進行(xing)(xing)測(ce)量(liang)后(hou)(hou)，由于(yu)顆(ke)(ke)粒(li)(li)之間形(xing)成了(le)(le)(le)(le)堅實(shi)的(de)(de)(de)(de)橋(qiao)梁，粉體(ti)(ti)形(xing)成了(le)(le)(le)(le)餅狀。圖7(右下(xia))顯示了(le)(le)(le)(le)從結塊物中提(ti)取的(de)(de)(de)(de)一些(xie)顆(ke)(ke)粒(li)(li)。這(zhe)些(xie)顆(ke)(ke)粒(li)(li)保(bao)持著它們(men)的(de)(de)(de)(de)球(qiu)形(xing)形(xing)狀，在它們(men)表面的(de)(de)(de)(de)橋(qiao)的(de)(de)(de)(de)位置上有一些(xie)圓點。
1 粉(fen)體流動性分析儀(yi)Granuflow
利用(yong)平衡測(ce)量(liang)(liang)(liang)所得的質(zhi)量(liang)(liang)(liang)與時間斜率，自(zi)動(dong)計(ji)算出質(zhi)量(liang)(liang)(liang)流量(liang)(liang)(liang)。在原有旋轉(zhuan)系統的基礎上，可(ke)以快速、簡便地調整(zheng)孔徑大小。軟件輔助測(ce)量(liang)(liang)(liang)和(he)結果分析。測(ce)量(liang)(liang)(liang)一組孔徑尺寸下(xia)的流量(liang)(liang)(liang)，得到流量(liang)(liang)(liang)曲線。后(hou)，用(yong)著名的貝弗(fu)里洛(luo)理論模(mo)型擬合整(zheng)個流動(dong)曲線，得到了與粉體(ti)流動(dong)性相關的流動(dong)指數Cb和(he)小孔徑尺寸，從而計(ji)算得出flow (Dmin)。整(zheng)個測(ce)量(liang)(liang)(liang)過程簡單、快速、準確(que)。
2 粉(fen)體剪切(qie)性能分析儀Granudrum
流動角(jiao)度受一系列參(can)數(shu)(shu)的(de)(de)影(ying)響:顆(ke)(ke)粒間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)摩擦、顆(ke)(ke)粒的(de)(de)形狀、顆(ke)(ke)粒間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)內聚(ju)力(li)(范德(de)瓦爾斯力(li)、靜(jing)電力(li)和毛細管力(li))。動態粘(zhan)聚(ju)指數(shu)(shu)只與顆(ke)(ke)粒間(jian)(jian)(jian)的(de)(de)粘(zhan)聚(ju)力(li)有關。粘(zhan)性(xing)粉(fen)(fen)體趨向于(yu)間(jian)(jian)(jian)歇流動，而(er)非粘(zhan)性(xing)粉(fen)(fen)體則為規則流動。因此(ci)，接近于(yu)零的(de)(de)動態粘(zhan)性(xing)指數(shu)(shu)對應于(yu)非粘(zhan)性(xing)粉(fen)(fen)體。當粉(fen)(fen)體的(de)(de)粘(zhan)結性(xing)增大時，粘(zhan)結指數(shu)(shu)也(ye)(ye)隨之增大。因此(ci)，粘(zhan)結指數(shu)(shu)也(ye)(ye)可以量(liang)化粉(fen)(fen)體的(de)(de)展布性(xing)。
3 粉體(ti)振(zhen)實密度(du)分(fen)析儀Granupack
GranuPack是基于近年來(lai)的(de)基礎研究成果而(er)發(fa)展起來(lai)的(de)一(yi)種(zhong)自動化(hua)、經過(guo)改進的(de)振實(shi)密(mi)(mi)度(du)測量方法。用自動化(hua)裝置(zhi)分析了(le)連續震動過(guo)程中粉體的(de)行為。通過(guo)從(cong)壓實(shi)曲(qu)線精確(que)測量了(le)豪斯納比Hr、初始密(mi)(mi)度(du)和(he)(he)振實(shi)密(mi)(mi)度(du)(精度(du)0.4%)。此外,通過(guo)振實(shi)曲(qu)線精確(que)獲得動力參數n1/2和(he)(he)大(da)密(mi)(mi)度(du)ρ(∞)。
4 粉體靜電(dian)吸附(fu)性能分析儀(yi)Granucharge
GranuCharge自(zi)動(dong)精確地(di)測量(liang)粉(fen)體(ti)(ti)在(zai)與(yu)選定材料接觸過(guo)程中(zhong)產生(sheng)的(de)(de)靜電(dian)荷(he)量(liang)。粉(fen)體(ti)(ti)樣(yang)品在(zai)振動(dong)的(de)(de)V型管(guan)中(zhong)流動(dong)，落在(zai)與(yu)靜電(dian)計相連(lian)的(de)(de)法拉(la)第杯中(zhong)。靜電(dian)計測量(liang)粉(fen)體(ti)(ti)在(zai)V形管(guan)內流動(dong)時所獲(huo)得的(de)(de)電(dian)荷(he)。為了(le)獲(huo)得可重復(fu)的(de)(de)結(jie)果，采用(yong)旋轉或振動(dong)裝置有規律地(di)給V形管(guan)進料。
5 粉體休止角(jiao)分析(xi)儀GranuHeap
GranuHeap是-種基(ji)于(yu)圖(tu)像(xiang)處(chu)理和分析的(de)自(zi)動休止角(jiao)(jiao)測量方(fang)法。手動將(jiang)粉(fen)體裝入圓柱形(xing)簡(jian)倉(cang)后，該(gai)簡(jian)倉(cang)以恒定速度(du)上升。由此(ci)，粉(fen)末(mo)從簡(jian)倉(cang)中流出，并在圓柱形(xing)托 盤.上形(xing)成(cheng)堆(dui)積。托盤旋轉(zhuan)便可獲得不同旋轉(zhuan)角(jiao)(jiao)度(du)時樣品(pin)休止角(jiao)(jiao)圖(tu)像(xiang)。定制的(de)圖(tu)像(xiang)識 別算法確定粉(fen)末(mo)/空氣界面(mian)的(de)位置(zhi)。休止角(jiao)(jiao)是指(zhi)等(deng)腰三角(jiao)(jiao)形(xing)與(yu)粉(fen)末(mo)堆(dui)投影圖(tu)像(xiang)具有相 同表面(mian)的(de)角(jiao)(jiao)度(du)。
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