Intensywne mieszanie
Nanodyspersyjne materiały sypkie nie sypią się, tylko sklejają się ze sobą. Mają tendencję do tworzenia grudek. Jest to szczególnie istotne w przypadku bardzo małych cząstek, np. w zakresie nanometrów lub submikronów. Wówczas zachowanie materiału zależy głównie od sił przyczepności między cząstkami. Im mniejszy promień cząsteczki r, tym dominują siły adhezji Fadh. W przypadku cząstek kulistych dla siły ciężkości F lub Fgrav obowiązuje:
Fgrav = g · m = ρ · 4/3 · π · r3 · g
m: siła ciężkości
g: przyspieszenie grawitacyjne
ρ: gęstość ciała stałego
r: idealny promień cząstki
Siły adhezji: są to siły Van der Waalsa, przyciąganie elektrostatyczne lub siły kapilarne. Często przewyższają one siłę grawitacji Fgrav cząstek tysiąckrotnie. Stosunki sił można wyrazić za pomocą współczynnika wiązania „Bo”:
Bo = Fadh/Fgrav ∝ 1/r2
Gdzie Fadh jest siłą przyczepności między cząstkami, a Fgrav jest siłą ciężkości. W przypadku nanocząstek, jeśli cząstki są kuliste, obowiązuje następująca zależność:
Fadh ∝ r Fgrav ∝ r3
W rezultacie przepływ jest znacznie ograniczony. Cząsteczki przylegają do siebie, tworząc mikroagregaty, które są trudne do przetworzenia. Aby rozdzielić te agregaty, konieczne jest zastosowanie dużych sił ścinających. Można to osiągnąć na przykład za pomocą młynów strumieniowych, dyspersatorów ścinających lub mieszalników o dużej wydajności.
amixon® oferuje dwa rozwiązania:
- Ostrza o wysokim ścinaniu
- Systemy wirnikowo-statorowe
Oba systemy wytwarzają lokalnie bardzo wysokie gradienty ścinania poprzez efekty uderzenia i tarcia. W ten sposób aglomeraty są rozbijane, a cząstki pierwotne rozdzielane. Bardzo ważne jest, aby cząstki nie mogły natychmiast ponownie się zbrylać. Dlatego powinny one zostać szybko otoczone innymi cząstkami mieszanki o podobnej wielkości. Czasami wskazane jest dodanie odpowiednich substancji płynnych, aby zapobiec ponownemu aglomerowaniu. One również muszą zostać skutecznie wymieszane z proszkiem.
Do takich procesów szczególnie dobrze nadają się precyzyjne mieszalniki amixon®, ponieważ spełniają dwa podstawowe wymagania.
- Wysoka jakość mieszania całej partii, niezależnie od tego, czy stopień napełnienia mieszalnika jest mały (100 litrów), czy duży (kilka metrów sześciennych).
- Skuteczne mikrodyspersja: dzięki wysokiej gęstości energii mieszalnik może niezawodnie rozdzielać nawet najdrobniejsze aglomeraty.
Wyjaśnienie wielkości siły przyczepności między małymi cząstkami:
Fadh ≈ A·r/(6·D2)
A: stała Hamakera (właściwość materiału)
D: odległość między cząstkami
r: promień cząstki
Siła przyczepności między dwiema cząstkami rośnie liniowo wraz z promieniem cząstki r. Rośnie ona odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości D między powierzchniami cząstek:
Fadh ∝ r/D2
Oznacza to, że im gęściej cząsteczki są upakowane, tym silniej się ze sobą łączą. W zagęszczonym złożu proszkowym odległości między cząsteczkami D są bardzo małe. Powoduje to znaczny wzrost siły adhezji. Wyjaśnia to jednocześnie wysoką wytrzymałość elementów konstrukcyjnych wykonanych ze spiekanego metalu i spiekanej ceramiki inżynierskiej.