Общая характеристика порошков

Обычно порошки рассматривают с точки зрения при­роды вещества дисперсной фазы и размеров частиц.

ПРИРОДА ВЕЩЕСТВА ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

Рассмотрим только те характеристики вещества, на которых основаны свойства порошков, влияющие на техно­логию их использования и переработки.

Когезия определяет связь между молекулами (атома­ми, ионами) внутри тела в пределах одной фазы, т. е. прочность конденсированных тел и их способность про­тиводействовать внешнему воздействию. Следовательно, энергетические затраты при диспергировании тем боль­ше, чем больше когезия. Кроме того, величина когезия определяет такую важную характеристику порошка, как его насыпная масса. Насыпная масса – масса порошка, который занимает единичный объем при свободном его заполнении, «свободной упаковке частиц». Чем больше когезионные силы, тем сильнее связь между частицами, тем хаотичнее они распределены по объему формы и тем больше объем свободной упаковки и соответственно мень­ше насыпная масса. Если когезия мала, то малы силы сцепления, порошок лучше уплотняется под действием силы тяжести и объем свободной упаковки частиц оказы­вается небольшим.

Адгезия – это явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных фаз. Например, частички порошка взаимодействуют со стенками емкос­ти, в которой они находятся. Адгезия обусловливает при­липание и удержание частиц на поверхности. Чем боль­ше адгезия, тем сложнее бороться с прилипанием порош­ка к стенкам технологического оборудования.

Аутогезия – частный случай адгезии – сцепление одинаковых по составу и строению частиц. Адгезионное и аутогезионное взаимодействие направлены перпендику­лярно площади контакта. В результате адгезии частицы порошка прижимаются к поверхности, а под действием аутогезии – друг к другу.

Аутогезия определяется, главным образом, природой и силой межчастичного взаимодействия. Основной вклад в межчастичное взаимодействие вносят

• межмолекулярное притяжение;

• электростатическое отталкивание.

Электростатическое отталкивание связано с появле­нием заряда поверхности при перемещении частиц друг относительно друга и их соударениях. Роль электроста­тических взаимодействий особенно велика для полимер­ных частиц.

Установлено, что для сферических частиц число точек контактов не превышает 12. Чем больше точек соприкосно­вения частиц, тем больше поверхность контакта и меньше удельная поверхность. Под поверхностью контакта для порошков понимают поверхность двух соприкасающихся частиц, расположенную в зоне действия молекулярных сил (~ 0, 1 нм). Для сферической частицы радиусом r поверхно­стью контакта считается поверхность ее сегмента с высотой h = 0, 1 нм, а доля этой поверхности составляет

у =

где n_k – число контактов, d = 2 r.

Из приведенной формулы следует, что поверхность контакта увеличивается с уменьшением размера частиц.

РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ ПОРОШКА

(ДИСПЕРСНОСТЬ)

От размера частиц зависит удельная площадь меж­фазной поверхности S _уд. Напомним, что для сферической частицы диаметра d:

S _уд = см ¹,

а для частиц сложной формы

S _уд =

где – коэффициент, зависящий от формы частиц ( > 6). Увеличение удельной межфазной поверхности приво­дит к следующему:

• интенсификации процессов, протекающих на поверх­ности порошка;

• усилению яркости окраски пигментов;

• повышению качества композиционных материалов;

• улучшению вкусовых качеств пищевых продуктов. Однако с уменьшением

размеров частиц порошка уси­ливаются и его негативные свойства:

• слеживаемость;

• прилипаемость к поверхностям оборудования и тары;

• уменьшение текучести (сыпучести).

Это затрудняет технологические процессы: смешение, дозировку, транспортировку и др.

Начиная с некоторого критического размера частиц (d _{0, кр}) сила связи между частицами F _св становится равной силе тяжести:

где п – число контактов, т – масса частицы; g – уско­рение свободного падения.

Дальнейшее уменьшение размеров частиц приводит к самопроизвольному образованию пространственных структур.

Для высокодисперсных порошков критический размер:

d _{0, кр} [ ]

где – эффективная плотность частицы в дисперсион­ной среде ( = _част – _{газ част}). При расчете реальных значений d _{0, кр} получается величина - 100 мкм. Для ув­лажненных порошков, в которых существенную роль иг­рают капиллярные силы, значение d _{0, кр} на порядок боль­ше. Итак, значение d _{0, кр} служит критерием агрегируемости порошка.

Высокодисперсные порошки с диаметром частиц d гораздо меньше d _{0, кр} являются связнодисперсными, в них возникает пространственная структура. Если d> > d _{0, кр} , то такие порошки являются свободнодисперсными.