Rezultaty nawilżania

Wyniki badania zwilżania w mieszalnikach proszkowych wskazują, na ile jednorodnie ciecz rozkłada się w zbiorze cząstek oraz jakie mikrostruktury (ciecz w szczelinach, mostki kapilarne, warstwy, nasycenie) powstają w tym procesie. Główną miarą zwilżalności jest kąt zwilżania θθ między cieczą a powierzchnią ciała stałego, który jest powiązany z napięciami międzyfazowymi za pomocą równania Younga: 

γ_SG = γ_SL + γ_LG · cos(θ)

Obowiązuje zasada: θ < 90° → dobre zwilżenie; θ > 90° → słabe zwilżenie.

• γ_SG = napięcie międzyfazowe między ciałem stałym a gazem
• γ_SL = napięcie międzyfazowe ciało stałe–ciecz
• γ_LG = napięcie międzyfazowe ciecz–gaz
• θ = kąt zwilżania

Małe kąty zwilżania (bliskie 0°) sprzyjają szybkiemu i całkowitemu zwilżeniu powierzchni cząstek oraz naczyń kapilarnych, natomiast duże kąty zwilżania powodują opóźnienie penetracji i niejednorodny rozkład zwilżenia.

Do opisu dynamiki wchłaniania cieczy do złoża proszkowego często stosuje się równanie Washburna. Łączy ono wysokość podnoszenia się cieczy l w kapilarze lub porowatym złożu z czasem t: 

l² = (γ · r · cos(θ)) / (2 · η) · t

• l = wysokość podnoszenia cieczy (w m)
• γ = napięcie powierzchniowe cieczy (w N/m)
• r = efektywny promień kapilarny (w m)
• θ = kąt zwilżania (w stopniach)
• η = lepkość dynamiczna cieczy (w Pa·s)
• t = czas (w sekundach)

Równanie pokazuje, że zwilżalność (kąt zwilżania θ) oraz struktura porów (promień kapilarny r) decydują o szybkości zwilżania. W praktyce dobre wyniki zwilżania w mieszalniku proszkowym uzyskuje się dzięki temu, że ciecz jest rozpylana w postaci drobnej mgiełki poniżej poziomu materiału sypkiego, komora mieszania jest odpowiednio wypełniona, a prędkość względna cząstek jest wystarczająco duża.