時間の固定化
経時硬化とは、材料が静置されている間にその内部強度が向上する現象を指す。この現象は、外部からの機械的負荷が加わらない場合でも、自重や周囲環境などの要因だけで生じることがある。その原因は、材料内部で時間とともに生じる物理的または化学的な構造変化にある。
プロセス工学において、経時固化は、特に微細な粉末やバルク材、ペースト状および粘塑性の物質において重要な意味を持ちます。例としては、湿気に敏感な粉末、または粉砕したばかりの砂糖、生地、ペースト状の混合物、ならびにデンプン、セルロース誘導体、増粘剤を含む製品などが挙げられます。バルク材料は、サイロやIBC（中間バルクコンテナ）内で貯蔵される間に圧縮されたり、ブリッジを形成したり、「固着」したりして、その結果、流動性を失うことがあります。
時間硬化の原因は多岐にわたる。これには、粒子や分子の配列、粒界での接触硬化、液橋の形成、結晶化プロセス、あるいは物理的架橋メカニズムなどが含まれる。多くの場合、時間硬化は、見かけの粘度の増加、降伏点の向上、あるいはせん断抵抗の増大を伴う。
σc= f(σ1)
- σ1は主圧縮応力である。これは、そのばら積み材が以前に受けた最大圧縮応力である
- σcは一軸圧縮強度である。これは、材料が単一の方向からの荷重を受けた際に、「破断」するまでの最大圧縮応力を指す。
- ffcは流動性指数である
よく用いられる指標として、流動性指数（Flowability Index、ffc）があります。ffcの値が大きいほど、流動性は高くなります。
ffc = σ1 / σc
実際には、経験的な記述を「フィットモデル」として用いて、強度増加率σc(t)を決定することができる。
σc(t) ≈ σc(t0) · (t/t0)n
- t0：強度がσc(t0)として既知となる開始時刻。例えば、1時間後など
- n は、強度が時間とともにどの程度増加するかを示す無次元の指数である。これは測定データから推定され、材料や条件によって異なる。
経時固化は、混合、搬送、貯蔵、および計量に影響を及ぼします。停止後に固化してしまう製品の場合、再始動時に高いトルク、より強力な駆動装置、あるいは特殊な排出補助装置が必要となります。ミキサー、反応器、貯蔵タンクにおいては、設計、プロセス制御、および排出装置の選定において、この影響を考慮する必要があります。デッドスペースのない緩やかな運動により、経時固化を完全に回避することが可能です。このための優れた技術的ソリューションとして、amixon®社のGyraton®サイロミキサーが挙げられます。