Смачивание порошка
Термин «смачивание порошка» часто используется как синоним термина «увлажнение порошка». Это один из важнейших технологических процессов при подготовке порошка. Смачивание порошка означает объединение двух компонентов с разным состоянием агрегата. Частицы твердого вещества вступают в контакт с жидкой фазой. Даже небольшие количества жидкости могут кардинально изменить текучесть и деформируемость порошка.
В сухом состоянии порошки представляют собой дисперсные системы «твердое вещество-газ». В результате смачивания образуется многофазная система, состоящая из твердого вещества, жидкости и газа. С увеличением доли жидкости взаимодействия между частицами сильно изменяются.
Сначала между соседними частицами образуются жидкостные мостики. Они создают капиллярные силы и повышают когезию системы. Порошок становится менее сыпучим и демонстрирует пластические свойства. При дальнейшем введении жидкости система переходит в пастообразное или шламообразное состояние. Капиллярную силу жидкостного мостика можно упрощенно описать следующим образом:
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r — эффективный радиус частицы
- γ — поверхностное натяжение жидкости
- θ — угол смачивания
Чем меньше угол смачивания, тем сильнее смачивание и тем выше капиллярные силы сцепления. Хорошо ли жидкость смачивает порошок, зависит от поверхностной энергии частиц и поверхностного натяжения жидкости. Состояние смачивания описывается углом смачивания:
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSV — межфазное натяжение «твердое тело—газ»
- γSL — межфазное натяжение «твердое тело—жидкость»
- γLV — межфазное натяжение «жидкость—газ»
Малый угол смачивания свидетельствует о хорошей смачиваемости. С увеличением степени смачивания изменяются реологические свойства системы. Порошок демонстрирует неньютоновское поведение. Часто возникает предел текучести. Материал ведет себя как твердое тело при небольшой нагрузке и начинает течь только при превышении критического сдвигового напряжения. Это поведение можно идеализировать с помощью модели Бингхэма:
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τ — сдвиговое напряжение
- τ0 — предел текучести
- ηp — пластическая вязкость
- γ˙ — скорость сдвига
Следовательно, смачивание порошка оказывает решающее влияние на механизм смешивания, ввод энергии и управление процессом. В техническом плане смачивание порошка используется для связывания пыли, инициирования агломерации, равномерного нанесения добавок или обеспечения химических реакций. Это ключевой этап при гранулировании, нанесении покрытий, пропитке и производстве функциональных порошков.
Противоположным процессом является осушение или сушка. При этом жидкость снова удаляется. Консистенция материала при этом проходит через те же области состояний в обратном порядке. Поэтому понимание механизмов смачивания имеет центральное значение и для процессов вакуумного смешивания с сушкой.
Смачивание порошка представляет собой сложное взаимодействие технологии порошков, физики границ раздела и реологии. Смесители amixon® оснащены современными методами смачивания. Это позволяет смачивать порошки особенно бережно и равномерно. Таким образом, можно целенаправленно улучшать свойства порошка.