添加剂制造中聚合物粉末的老化表征

细粉和颗粒材料广泛应用于工业应用。欧洲杯足球竞彩为了控制和优化加工工艺，精确表征这些材料是至关重要的。欧洲杯足球竞彩表征技术与晶粒的性质(形貌、粒度、化学成分等)或散装粉末的行为(密度、流动性、静电性质、共混稳定性等)有关。

然而，当涉及到表征散装粉末的物理行为时，大多数用于质量控制或研发实验室的方法都是基于过时的测量方法。在过去的10年里，Granutools对这些方法进行了更新，以满足当前生产部门和研发实验室的需求。具体来说，已经实现了测量过程的自动化，并创建了严格的初始化技术，以实现可解释和可重现的结果。此外，利用图像分析技术可以提高测量的精度。

已经设计了各种测量技术，以满足处理颗粒材料和粉末的行业的所有需求。欧洲杯足球竞彩但是，本文的重点将在Granudrum，Granupack和Granucharge仪器上。

格兰努布

粗池的Granudrum仪器采用自动化方法，用于根据旋转鼓原理测量粉末流动性。具有透明侧壁的水平圆筒，称为滚筒，是填充有粉末样品的一半。鼓以2-60rpm的角速度绕其轴线旋转。SNAPSHOTS（30-100图像分隔1秒）由CCD摄像机拍摄每个角速度。边缘检测算法用于检测每个快照上的粉末/空气接口。

然后，计算平均界面位置和平均位置附近的波动。之后，对于每一个转速，α_F，流动角(也称为“动态休止角”)，由平均界面位置和σ计算_F，动态粘性指数由界面波动测量。通常，流动角度α的值_F与流动性成反比。广泛的参数影响了流动的角度 - 晶粒的形状，颗粒之间的摩擦和颗粒之间的粘性力（静电，范德华和毛细管力）。

动态粘性指数σ_F只与颗粒间的内聚力有关。粘性粉末的结果是间歇流动，而非粘性粉末的结果是规则流动。因此，接近于零的动态粘性指数表示非粘性粉末。粉末内聚性的增加导致相应的内聚指数的增加。

除了测量两者的流动角α_F粘性指数σ_F作为旋转速度的函数，Granudrum能够在流动期间测量粉末通气和第一雪崩角。

Granupack.

由于不仅仅是简单，而且也是由于测量的快速而导致的粉末表征最优选的截止密度，堆积密度和Hausner比率的测量（通常称为“tapp测试”）。此外，粉末的密度和电位增加其密度是运输，储存，结块等的关键参数。推荐的程序是在药典中规定的。

这个简单的测试有三个主要缺点。首先，测量结果取决于操作者。实际上，充填技术对粉末的初始体积有影响。然后，对肉眼体积测量的结果产生了较大的误差。最后，这种简单的技术完全忽略了初始和最终测量之间的压缩动态。

Granutools”GranuPack仪器采用改进和自动化的螺纹密度测量技术，该技术基于最新的基本研究结果。使用自动化装置分析经受连续抽头的粉末的行为。可以精确地测量初始密度ρ（0），在n水龙头ρ（n）之后的最终密度，以及Hausner比Hr。通常，抽头数固定在n = 500.此外，最大密度ρ（∞）和动态参数n的外推_1／2源自压实曲线。虽然使用其他索引是可行的，但它们尚未在本文中讨论。

严格的自动初始化过程是遵循将粉末放置在金属管。然后，在压实过程中，通过在粉床顶部放置一个轻型空心圆筒来保持粉末/空气界面平整。装粉末样品的管子上升到规定的ΔZ高度，然后进行自由下落。通常，自由落体高度固定在ΔZ = 1或3毫米。粉层高度h在每次抽头后自动测量。桩体体积V由桩高h计算。

由于已知粉末样品的质量m，因此在每个抽头中测量并绘制密度ρ，其中密度是体积V和粉末床的质量m之间的比率。对于少量粉末（通常为35mL），Granupack技术即使具有少量粉末，也可以提供可再现的结果。Hausner比HR与压实率有关，通过使用等式HR =ρ（500）/ρ（0）来计算。这里，ρ（0）是初始堆积密度，ρ（500）是在500微距后获得的计算的触发密度。

Granucharge.

在流动过程中，粉末会产生静电荷。摩擦电效应——两个固体接触时的电荷交换——导致了这种电荷的出现。当粉末在设备(料仓、搅拌机、输送机等)内流动时，摩擦电效应发生在设备和颗粒之间的接触处，也发生在颗粒之间的接触处。因此，粉末特性和用于构建该装置的材料的性质是关键参数。

GranuCharge仪器以精确和自动的方式测量粉末在与选定材料接触过程中产生的静电电荷量。

粉末样品在振动V管内流动，并落在连接到静电计的法拉第杯中。粉末在V管内的流动期间获取的电荷由电镜测量。通过使用振动或旋转装置来定期进给V管的可再现结果。

选粉

在本研究中，我们选择了Materialise (Leuven, Belgium)提供的聚酰胺12 (PA12)粉末样品:

• EOS (Krailling, Deutschland)生产的SLS粉末级聚酰胺2200 (PA12)

PA12在其原始循环形式中进行分析。PA12的原始和回收(50%的过滤原始和过滤回收)的混合物也将被分析。

下面列出的是与PA12 Virgin相关的所有可用数据：

• 平均球形为0.86
• 粒径<10µm的颗粒百分比:2欧洲杯猜球平台.5% ~ 5.0%
• (D90-D10) / D50: 0.7 - -1.1
• D50: 50 - 62µm

由于聚酰胺材料的广泛的热加工窗口(结晶和熔化峰之间)，它对加工时发生的热波动不太敏感。可以对原始材料进行必要的加工(固化后会有卷曲/翘曲的倾向)，这样材料就具有优良的耐机械性能和孔隙率。一旦材料被回收，它可以很容易地被处理(较少的翘曲)，但表现出不令人满意的性能(从根本上)。

因此，基于特定等级的PA12，必须产生使用的使用和原始材料的混合物。该混合物基于老化程度，在表现出优异的最终部件性质和良好的可加工之间提供权衡。因此，在材料之间进行分类是有些挑战，但它们可以相对于易于处理，从最佳到最差，如下：再循环 - 混合 - 处女。欧洲杯足球竞彩它们可以根据最终部分属性排列，从最佳到最差，如下所示：处女 - 混合 - 再循环。

图1。EOS Virgin PA12，中等放大(S. Berretta等)

图2。EOS Virgin PA12，高倍率（S.Berretta等）

GranuPack分析

试验协议

使用Granupack的每个实验涉及使用1 Hz的抽头频率将500个抽头应用于样品，测量电池自由落体为1mm（α抽头能量）。在实验之前，记录湿法测定和空气温度。研究了某些样品两次。主要目的是建立Granupack仪器的高精度，并强调粉末老化及其对流动性的影响。

实验数据

在每个实验之前，记录粉末质量。遵循软件指令（即，没有用户依赖性），用于将样本倒入测量单元中。在相同的水分条件下分析粉末的批量密度（40％RH和20℃）。

完全压实曲线，即堆积密度的变化（ρ（n） - ρ（0））与多酰胺2200的抽头数相比，如图3所示。虽然显示误差栏，但它们太小了可以看出（批量密度误差约为0.4％）。

图3。聚酰胺2200粉末的批量密度对抽头数。

表1给出了完整的结果，其中ρ(0)是g/mL的初始容重，ρ(500)是500次后的容重，在g/mL。最佳的体积密度，ρ(∞)(g/mL)，是通过使用GranuPack软件中可用的模型计算出来的，并估计出通过抽头测试可以实现的最小密度。Cr和Hr是卡尔比和豪斯纳比，n_1／2和τ是与压缩相关的两个参数(参见附录1)。

表1。GANRUPACK结果 - 所有粉末之间的比较

样本	ρ(0)(g / mL)	ρ(500)(g / mL)	n½	人力资源	Cr	ρ(∞)(g / mL)	τ
PA 12处女	0.445	0.503	9．2	1.129	11.4	0.518	10.7
PA 12混合	0.467	0.528	12．0	1.131	11.6	0.546	14.8
PA 12回收	0.456	0.530	11.4	1.161	13.8	0.549	12.9

结果解释

从表1和图3可以看出，GranuPack仪器对所有粉末的区分精度都很高。

对于初始堆积密度，可以观察到PA12 Mix是最重的样品，堆积密度约为0.467 g/cm^3.，其次为再生粉，容重0.456 g/cm^3.。最后，所有的最轻都是原始粉末，堆积密度约为0.445g / cm^3.。SLS过程可以为再生和原始粉末之间的差异提供更好的解释;实际上，后冷凝机制可以导致分子量的增加，并且也可以改变未使用的聚酰胺12粉末的形状和粒度分布，因此可以导致较高的堆积密度。此外，保留小颗粒的筛分过程可以是再生和混合PA12的高密度背后的原因。欧洲杯猜球平台

在压实过程之后，处于原始粉末的截止密度最低（0.503克/厘米^3.)，而混合和回收的粉末达到了类似的最终密度(约0.530 g/cm^3.）。这些差异与粉末的流动性相连，由Hausner比突出显示（等于最终密度除以初始初始密度）。实际上，可以观察到原始粉末具有最高的流动性（HR = 1.129），而再循环样品具有最低的流动性（HR = 1.161）。

与压实动态有关（n_1／2参数)，可以得出结论，对于原始样品(n_1／2与其他样本相比（n_1／2约为12.0)。

GranuDrum分析

试验协议

为了使用GranuDrum进行实验，粉末在打开盒子后立即倒入测量盒中。粉末用量约为50 mL。每个粉末样品在标准条件下(20°C和40% RH)进行研究。总共研究了20个GranuDrum速度(从2到60rpm)，每个速度都捕获了50张照片，以提高测量的重复性和准确性。

实验结果

粘性指数和动态休止角作为颗粒转速的函数如图4和图5所示。所有的测量结果都是通过提高卷筒的转速来实现的。动态静止角量化了粉末的流动性(它考虑了三种内聚力——静电、范德瓦尔斯和毛细管力，以及颗粒间的接触力)。黏结指数与界面(空气/粉末)位置的波动有关，仅代表三种接触力。因此，粉末的流动性是由动态休止角来表征的，而其散布性是由粘性指数来量化的。

图4。凝聚指数与旋转滚筒速度为PA12粉末的速度。

图5。PA12粉末的动态静止角与旋转滚筒速度-增加速度。

讨论

遗憾的是，类似的粉末流动行为(如对应的豪斯纳比)妨碍了GranuDrum突出粉末之间的差异(具有动态静止角)的能力。然而，从较低的动态静止角(38°-60°)和较低的粘性指数(13-32)来看，重新加热工艺的粉末的可散布性和流动性都很好(G. Yablokova et al.， 2015)。

而其原始的图像处理算法，即粘性指数，可以实现粉体的分类。事实上，适用于高速(超过30rpm, 125mm /秒;速度转换见附录2)，可回收粉末对所有样品的铺展性最低，其次是混合粉末。最后，原始粉末将是理想的重热过程(超过125毫米/秒)。

Materialise公司注意到，加工过程中最具挑战性的是原始粉末。然而，在他们的过程中轻微的增加(超过40 rpm，即170 mm/秒)导致了粉末的散布性的增加，从而使重新喷射过程更容易。

Granucharge分析

试验协议

采用GranuCharge仪对粉末的摩擦电效应进行了分析。每次使用GranuCharge的实验都使用旋转给料机和不锈钢316L管(参见图6)。

图6。测试中使用的旋转给料机的照片。

每次测量使用的粉末的量为50mL，在测量后不重复使用粉末。重复试验三次，绘制平均值。在20℃和40％RH的标准条件下研究所有粉末样品。

在测试开始时，将粉末引入法拉第杯中以测量初始粉末电荷密度（问：_一世在数控/ g)。该步骤完成后，将粉末装入旋转给料机，然后开始实验。在实验结束时计算最终电荷密度(问：_F数控/ g)。

所有的结果实现了使用GranuCharge仪器的摘要见表2。电荷密度的每个值对应于两次测试之间计算的平均值。∆问：=问：_Fmean.−问：_0的意思，μc/ kg）。

表2。合成结果与GranuCharge仪器获得

样品名称	Q0（NC / G）	qf (nC / g)	QF - Q0（NC / G）
PA 12处女	0.058	-2.353	-2.411
PA 12回收	0.219	-0.416	-0.635
PA 12混合	0.107	-0.590	-0.697

图7。PA12粉体初始和最终电荷密度比较的直方图。

结果解释

图7很吸引人，因为它证明了GranuCharge仪器可以用于区分粉末，精确度很高(4%)。可以观察到，即使是初始电荷密度，两种粉末也有相当大的差别。原始粉末的初始电荷密度最低，为0.06 nC/g)，而回收样品的初始电荷密度最高，为0.219 nC/g。在混合试样中，电荷密度值介于其他PA12粉体之间(0.107 nC/g)。此外，由于每个初始电荷密度值都是正的，因此分析的PA12粉末都是阳离子的。

随着与不锈钢316L管道接触的流动，粉末产生的电荷是负的。在实验结束时，原始粉末似乎是电荷最多的，带有问：_F= -2.353 nc / g，再循环粉末是最少的充电（有问：_F=−0.416 nC/g)，混合样品中间有一个电荷(问：_F=−0.590数控/ g)。这种差异可以用各种因素来解释，例如表面性质/氧化(对于在SLS过程中与激光密切接触的颗粒)，粒径分布(特别是由于回收和混合粉末经过筛分)，欧洲杯猜球平台粉末对水的吸附能力也会因粉末的表面性质不同而有所不同。

最后，可以观察到，原始粉末对电荷积聚的高灵敏度将使其更粘，它可能会比其他样品产生结块。因此，实现其可处理性可能具有挑战性。

结论

• 用传统的方法(如霍尔流量计)很难突出PA12粉末的时效。然而，由于Granutools仪器的高分辨率，量化粉末的老化是可行的。
• GranuPack仪器对颗粒形状因素(如椭圆平滑度、长宽比和固体度)高度敏感。GranuPack在分析混合物(例如，回收和原始粉末之间的混合物)时也很精确。
• Granucharge和Granupack实验的组合量量化不仅在再生，原始和混合粉末之间的差异，而且由于SLS工艺而具有不同热历史的类似性质的粉末之间。
• GranuCharge仪器能够很好地区分粉末的老化状态
• 原始的图像处理算法使GranuDrum仪器能够量化给定聚酰胺样品之间的差异
• GranuCharge技术对颗粒表面的污染、氧化、粗糙度等状态极为敏感。欧洲杯猜球平台
• 对这些系统的进一步分析应该允许对AM粉末进行可重复和一致的表征，其目标是丢弃不再适合SLS工艺的粉末

附录

附录1:GranuPack的理论背景

动力学参数n_1／2对应于实现压实曲线的一半所需的抽头数。

利用理论模型拟合压缩曲线，得到特征丝锥数τ。

附件2:滚筒转速与加工速度的关系(单位:mm/s)

图8。滚筒转速与加工速度的关系(单位:mm/s)

参考书目

• 颗粒流级联表征偏析的研究，粉末冶金，34,32-36(2013)。
• 4 .张建平，张建平，张建平，张建平，张建平，张建平。静电对粉末流动的影响[j] .中国机械工程，2017,26(11):1532 - 1536。
• 磁化粉末的压实动力学研究，物理学报，2001,37(3):349 - 352。
• 各向异性颗粒材料的压实：实验和模拟，G. Lumay和N. Vande欧洲杯足球竞彩walle，物理评论E 70,051314（2004）。
• 湿颗粒组装的压实动态，J.E.Fiscina，G. Lumay，F. Ludewig和N.Vandewalle，物理评论信件105,048001（2010）。
• 电场对间歇粒状流动，E.MERSCH，G. Lumay，F.Boschini和N.Vandewalle的影响，物理评论E 81,041309（2010）。
• 相对空气湿度对乳糖粉末流动性的影响，G. Lumay, K. Traina, F. Boschini, V. Delaval, A. Rescaglio, R. clots和N. Vandewalle, Journal of Drug Delivery Science and Technology 35, 207-212(2016)。欧洲杯线上买球
• 不同尺度下颗粒压实动力学的实验研究:颗粒迁移率、六角形畴和堆积率，物理学报，51(2005)。
• K. Traina, R. clots, S. Bontempi, G. Lu欧洲杯足球竞彩may, N. Vandewalle和F. Boschini，粉体技术，235,842-852(2013)。
• 磁颗粒在转鼓内流动的研究，中国科学技术出版社，2010。
• A. Rescaglio, J. Schockmel, F. Francqui, N. Vandewalle, G. Lumay, Nordic流变性学会年会25,17-21(2016)。
• 凝聚力力的影响力对粒状组装的宏观性质，G. lumay，J.Fiscina，F.Ludewig和N.Vandewalle，AIP会议诉讼程序1542,995（2013）。
• 将压实动力学与粉末的流动特性联系起来，G. Lumay, N. Vandewalle, C. Bodson, L. Delattre和O. Gerasimov，应用物理快报89,093505(2006)。
• 将乳糖粉末的流动性和粒度测定联系起来，F. Boschini, V. Delaval, K. Traina, N. Vandewalle和G. Lumay，国际药剂学杂志494,312-320(2015)。
• 测量粉末和谷物的流动性质，G. lumay，F.Boschini，K。训练，S. Bontempi，J.-C。Remy，R.Cloots和N. Vandewall，粉末技术224,19-27（2012）。
• 碳纳米管在旋转滚筒中的运动：休息动态角度和床行为图，S.L.Pirard，G. Lumay，N.Vandewalle，J-P。Pirard，化学工程学报146,143-147（2009）。
• 2 .陶瓷基板上的莫来石涂层:适用于反应等离子喷涂复合颗粒喷雾干燥的Al2O3-SiO2悬浮液的稳定，A. Schrijnemakers, S. André， G. Lumay, N. Vandewalle, F. Boschini, R. Cloots和B. Vertruyen, Journal of European ceramic Society 29, 2169-2175(2009)。
• 关键词:β-Ti, NiTi, SLM，粉末，流变学Kruth, J. Schrooten, R. clots, F. Boschini, G. Lumay, J. Luyten，粉末技术283,199-209(2015)。
• 粒状材料通过孔口，C.Mankoc，A.Janda，欧洲杯足球竞彩R.Arévalo，J.M.牧师，I. Zuriguel，A.Garcimartín和D.Maza，颗粒物质9，P407-414（2007）。
• 颗粒形状、摩擦和内聚力对颗粒压实动力学的影响，N. Vandewalle, G. Lumay, O. Gerasimov和F. Ludewig，欧洲物理杂志E(2007)。

该信息已从Granutools提供的材料中获取、审查和修改。欧洲杯足球竞彩

欲了解更多信息，请访问Granutools。