umocnienie czasowe

Utrwalanie się materiału w czasie oznacza wzrost jego wytrzymałości wewnętrznej w trakcie przechowywania w stanie spoczynku. Efekt ten może wystąpić nawet bez dodatkowego obciążenia mechanicznego z zewnątrz, na przykład wyłącznie pod wpływem ciężaru własnego lub warunków otoczenia. Przyczyną są zależne od czasu zmiany struktury fizycznej lub chemicznej materiału.

W inżynierii procesowej zjawisko utwardzania się z upływem czasu ma znaczenie przede wszystkim w przypadku proszków o drobnych ziarnach i materiałów sypkich, a także substancji o konsystencji pasty i substancji o wysokiej plastyczności. Przykładami są proszki wrażliwe na wilgoć lub świeżo zmielony cukier, ciasta, mieszanki o konsystencji pasty, a także produkty zawierające skrobię, pochodne celulozy lub środki zagęszczające. Materiały sypkie mogą podczas przechowywania w silosie lub pojemniku IBC ulegać zagęszczeniu, tworzyć mostki lub „zbrylać się”, tracąc w ten sposób swoją płynność.

Przyczyny utwardzania czasowego są różnorodne. Należą do nich uporządkowanie cząstek i cząsteczek, utwardzanie kontaktowe na granicach ziaren, tworzenie się mostków cieczowych, procesy krystalizacji lub fizyczne mechanizmy sieciowania. Utwardzanie czasowe często wiąże się ze wzrostem pozornej lepkości, podwyższeniem granicy plastyczności lub zwiększeniem oporu ścinania.

σ_c= f(σ₁)

• σ1 to główne naprężenie konsolidacyjne. Jest to największe naprężenie normalne, na jakie materiał sypki był wcześniej poddawany
• σc to wytrzymałość na ściskanie jednoosiowe. Jest to maksymalne naprężenie ściskające, jakie materiał może wytrzymać pod obciążeniem działającym tylko w jednym kierunku, zanim ulegnie „pęknięciu”
• ffc to wskaźnik płynności

Często stosowanym wskaźnikiem jest wskaźnik płynności (Flowability Index, ffc). Im wyższa wartość ffc, tym lepsza płynność

ffc = σ₁ / σ_c

W praktyce opis empiryczny może służyć jako „model dopasowania” do określenia wzrostu wytrzymałości σc(t).

σ_c(t) ≈ σ_c(t₀) · (t/t₀)ⁿ

• t0: to czas początkowy, w którym znana jest wytrzymałość σc(t0), na przykład po 1 godzinie 
• n jest bezwymiarowym wykładnikiem, który określa, w jakim stopniu wytrzymałość rośnie wraz z upływem czasu; jest on wyznaczany na podstawie danych pomiarowych i zależy od rodzaju materiału oraz warunków

Zagęszczenie czasowe wpływa na mieszanie, transport, magazynowanie i dozowanie. Produkty, które ulegają zagęszczeniu po zatrzymaniu, wymagają przy ponownym uruchomieniu większego momentu obrotowego, mocniejszych napędów lub specjalnych urządzeń do rozładunku. W mieszalnikach, reaktorach i zbiornikach magazynowych efekt ten należy uwzględnić podczas projektowania, sterowania procesem oraz wyboru elementów wyładowczych. Dzięki powolnemu ruchowi bez martwych przestrzeni można całkowicie uniknąć utwardzania się produktu w czasie. Doskonałym rozwiązaniem technicznym w tym zakresie jest mieszalnik silosowy Gyraton® firmy amixon®.