2020-12-02
I. 介紹
1.理論
顆粒(li)狀材料(liao)和(he)細粉體在工業上(shang)有著廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)。為(wei)(wei)了控(kong)制和(he)優化加(jia)工方(fang)(fang)法(fa)，這(zhe)些材料(liao)必須被精確地(di)表(biao)征(zheng)。表(biao)征(zheng)方(fang)(fang)法(fa)與顆粒(li)的(de)(de)(de)性質(粒(li)度(du)(du)測量(liang)(liang)、形貌(mao)、化學(xue)成分……)和(he)散(san)粉的(de)(de)(de)行為(wei)(wei)(流動(dong)性、密度(du)(du)、共混(hun)穩定性、靜電性能(neng)……)有關(guan)。然而，就散(san)粉的(de)(de)(de)物理(li)行為(wei)(wei)而言，研發或質量(liang)(liang)控(kong)制實驗室(shi)中(zhong)使用(yong)的(de)(de)(de)大多(duo)數技術(shu)都是基于舊的(de)(de)(de)測量(liang)(liang)技術(shu)。在過去的(de)(de)(de)十年(nian)中(zhong)，我們已經更新(xin)了這(zhe)些技術(shu)，以滿足目前的(de)(de)(de)研發實驗室(shi)和(he)生產部門(men)的(de)(de)(de)要求。特別地(di)，測量(liang)(liang)過程已被自動(dong)化和(he)嚴(yan)格的(de)(de)(de)初始化方(fang)(fang)法(fa)被應用(yong)，以獲得可(ke)重復和(he)可(ke)解釋的(de)(de)(de)結果。此外，圖像分析技術(shu)的(de)(de)(de)應用(yong)提高了測量(liang)(liang)精度(du)(du)。
一系列的測量方法(fa)已被開發，以涵蓋工業加工粉(fen)體和顆粒材(cai)料(liao)的所有需要(yao)。然而，在本應用(yong)說明中，我們將集(ji)中于GranuCharge（粉(fen)體靜(jing)電分析(xi)儀）。
2.GranuCharge （粉體靜(jing)電分析儀）
靜電(dian)在粉(fen)體(ti)內(nei)部流動時產生(sheng)。電(dian)荷的出現是由于摩擦電(dian)效應，即兩(liang)個(ge)固體(ti)接(jie)(jie)觸(chu)時的電(dian)荷交換。在粉(fen)體(ti)在設備(bei)(攪拌機、筒倉、輸(shu)送(song)機等(deng))內(nei)流動時，摩擦電(dian)效應發生(sheng)在顆粒(li)之(zhi)間(jian)的接(jie)(jie)觸(chu)處(chu)以及(ji)顆粒(li)與設備(bei)之(zhi)間(jian)的接(jie)(jie)觸(chu)處(chu)。因此，用于構建該裝置的粉(fen)體(ti)的特性(xing)和(he)材料(liao)的性(xing)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(ding)材料接觸時產(chan)生的粉體內部的靜電荷量。
樣品粉(fen)(fen)體在一個(ge)振動的(de)V型管中流動，然后(hou)落在一個(ge)與靜電(dian)(dian)計相(xiang)連的(de)法拉第(di)杯(bei)中。靜電(dian)(dian)計測(ce)量粉(fen)(fen)體在V型管內流動時(shi)所獲(huo)得(de)的(de)電(dian)(dian)荷。為了(le)獲(huo)得(de)可(ke)重復的(de)結果(guo)，使(shi)用旋轉(zhuan)或振動裝置有規律地進樣。
II. 粉體描述
以此應(ying)用程序說明一個示例。它是(shi)一種玻璃粉，涂覆了(le)接枝琥(hu)(hu)珀(po)(po)酸(suan)酐(ESA)的乙(yi)烯共聚(ju)物。該共聚(ju)物含有(you)琥(hu)(hu)珀(po)(po)酸(suan)酐環(huan)(圖1a)，在(zai)潮濕環(huan)境下水解(jie)成(cheng)琥(hu)(hu)珀(po)(po)酸(suan)(圖1b)。由于琥(hu)(hu)珀(po)(po)酸(suan)是(shi)弱酸(suan)，它也(ye)在(zai)水中部(bu)分離解(jie)(圖1c)。
從(cong)圖1可以看出，在低濕度條件下，酸酐環(huan)封閉，電(dian)(dian)導(dao)率(lv)低，而水解后的(de)(de)(de)琥珀酸在有水的(de)(de)(de)情況下解離，電(dian)(dian)導(dao)率(lv)較(jiao)高。因此，高電(dian)(dian)導(dao)率(lv)意味著有良好的(de)(de)(de)消散(san)電(dian)(dian)荷(he)(he)的(de)(de)(de)能(neng)力，而低電(dian)(dian)導(dao)率(lv)的(de)(de)(de)樣品則很難消散(san)電(dian)(dian)荷(he)(he)。
III. GranuCharge（粉體靜電分析儀）分析
1.Experimental protocol
實驗方(fang)法
用GranuCharge研究了粉體的摩(mo)擦電效應。每次(ci)GranuCharge實驗均采用不銹鋼316L管和(he)旋(xuan)轉喂料器。
(參見圖2):
圖2:測試中(zhong)使用的旋轉(zhuan)給料機(ji)照片。
每次進樣用量(liang)為(wei)50g，實驗(yan)后(hou)不回收。為(wei)了證明顆(ke)粒電荷的準確性/再現性，一(yi)些試(shi)驗(yan)重復了許多次。
實驗前(qian)記錄粉體質量mp, in g)。在測試開始(shi)時，通過在法拉第杯中倒入(ru)粉體來測量初(chu)始(shi)粉體電荷(Qi, in μC)。一旦這(zhe)些步驟完成，粉體被倒入(ru)旋(xuan)轉給料器內，然(ran)后開始(shi)實驗。終(zhong)裝藥量在實驗結束時測量(Qf, μC)。
進行(xing)了兩個(ge)不(bu)同的試驗(yan)，個(ge)試驗(yan)研(yan)究了低水(shui)含量(RH = 38%， T = 25℃)對(dui)(dui)電荷密(mi)度的影響，第二個(ge)試驗(yan)研(yan)究了高水(shui)含量(RH = 85%， T = 80℃)對(dui)(dui)電荷密(mi)度的影響。
對于每個(ge)測試，測量方法是(shi)相(xiang)同的(de)。個(ge)點(t = 0 min時)對應于環境空氣(qi)條件(樣品(pin)盒打開后(hou)(hou))。第(di)二(er)點是(shi)樣品(pin)在170℃的(de)烤箱中放置一小時后(hou)(hou)的(de)電荷。將樣品(pin)與濕(shi)度接觸后(hou)(hou)，記錄后(hou)(hou)的(de)所有點。
2.結果
下面的表總結(jie)了(le)個測(ce)試和第二個測(ce)試獲得的原始結(jie)果:
表(biao)1:低濕度(接近38%)和環(huan)境溫度(25℃)下測(ce)試的(de)原始數據。
表2:高濕(接近85%)和高溫(80℃)下試(shi)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(he)密(mi)度隨實驗時間的變化(Mean q, in μC/kg)
圖3:濕度對(dui)涂有乙稀(xi)丁二酸酐(gan)的(de)玻(bo)璃(li)粉(fen)電荷密度的(de)影響(xiang)。
這(zhe)些結果是(shi)(shi)非常有趣(qu)的，在低含水率(紅(hong)色曲(qu)線)保(bao)持1140min后，電(dian)(dian)荷(he)的小(xiao)幅下降被突出。涂層性能(neng)的修(xiu)改原(yuan)因(cf。圖1),這(zhe)是(shi)(shi)由于之(zhi)間的過(guo)渡(du)結構(a) (c)。然而,在高濕度(du)(藍色曲(qu)線)這(zhe)兩個有機化(hua)合物之(zhi)間的過(guo)渡(du)是(shi)(shi)更(geng)快,這(zhe)是(shi)(shi)電(dian)(dian)荷(he)密度(du)相同的趨勢(shi)變化(hua)(因為化(hua)合物(c)防靜電(dian)(dian)是(shi)(shi)由于其高導電(dian)(dian)性)。
個點(dian)的(de)(de)電(dian)荷密度之間的(de)(de)差異可以解釋為兩(liang)個測試的(de)(de)化(hua)學反應是一(yi)種化(hua)學平衡(heng)(cf。圖1)。因此(ci),在樣(yang)本的(de)(de)紙板盒(he),有可能是玻璃粉體涂層(ceng)成(cheng)分的(de)(de)對應于一(yi)個混(hun)合的(de)(de)形式(a)、(b)和(he)(c)。
在實驗結束(shu)時測試高水分值(藍色曲線(xian))，樣品具有負(fu)電(dian)(dian)荷(he)密(mi)度，這可能是(shi)由于(yu)涂層(ESA)原本(ben)帶有輕微負(fu)電(dian)(dian)荷(he)。
IV. 結論(lun)
? GranuCharge可以顯示粉體(ti)表面性質的變化。
? GranuCharge能(neng)夠測(ce)量濕度對玻璃(li)粉涂層的影響。
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