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工藝設(shè)計師和工程師所需的粉體特性表征

對于新工廠的工藝設(shè)計人員，其目標是按照設(shè)計簡介的要求設(shè)計能夠持續(xù)、加工粉體的設(shè)備。相比之下，生產(chǎn)團隊之一的工程師很少能夠更換設(shè)備，因此必須使用現(xiàn)有工廠設(shè)備來獲得可接受的工藝性能。雖然這些目標有所不同，但兩個群體都需要詳細地理解工藝，了解粉體特性與工藝設(shè)備之間的相互關(guān)系，以及如何結(jié)合生產(chǎn)得到性能和質(zhì)量達標的產(chǎn)品。對于顆粒加工業(yè)而言，這可能是一項艱巨的挑戰(zhàn)。為了成功地設(shè)計和實現(xiàn)粉體加工流程，工程師需要確定特定的單元操作對粉體的具體要求，然后測量粉體對這些環(huán)境條件的響應(yīng)。

例如混料從料斗流入壓片機進入料靴，每當粉體平面低于某一高度時，一批新的粉料就會重新注滿料斗。值得注意的是，某些混料再次注入后，短時間內(nèi)下料流動將不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致工廠停工。當料斗中的粉體恢復(fù)流動時，堵塞現(xiàn)象就會轉(zhuǎn)移到料靴的位置，使得流入模具的流動性較差，從而導(dǎo)致粉料填充不均勻。然而并非所有的混料都表現(xiàn)出這種行為。 

通過對這些簡單工藝步驟的分析，可以得到粉體加工所處的條件。在下料的過程中，料斗出口處的粉料被其上方粉體的重量所壓制，重力則是與粉體高度密切相關(guān)。當進料靴內(nèi)的粉體停止流動時，周圍機械振動可能導(dǎo)致固結(jié)的問題。因此粉體對直接壓縮或振動所造成固結(jié)的響應(yīng)是高度相關(guān)的。如果粉體固結(jié)導(dǎo)致流動特性發(fā)生重大的變化，則有可能出現(xiàn)更多的問題。

圖為麥克儀器旗下富瑞曼科技 FT4粉體流變儀™-粉體流量測試儀

富瑞曼科技FT4粉體流變儀™-粉體流量測試儀在一臺儀器中集成了整體、剪切和動態(tài)測量功能，因此為工程師提供了直觀、靈敏的方法，可以測量運動狀態(tài)的粉體，并可在固結(jié)、預(yù)處理、充氣甚至流化的狀態(tài)下分析樣品。通過比較樣品預(yù)處理后的流動能與通過壓縮或振實固結(jié)的流動能，可得到固結(jié)指數(shù)（CI）。以這種方式量化了粉體的響應(yīng)，從而可以觀察并解釋上述加工行為。

通過比較和研究兩種不同粉體A和B在模具中的填充性能，可以很好地證明以上論點。試樣A的CI值（振實后）為1.11，而試樣B的CI值為2.32。這表明試樣B是一種更粘的材料，具有非常細微（4微米）的棱角顆粒，受振動的影響明顯大于試樣A。模具填充試驗證實，樣品B固結(jié)后的性能會顯著下降，并且也可以從測試結(jié)果中得到驗證。試樣A則表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。 

在這種情況下，工藝設(shè)計人員具有以下選項 — 選擇一個壁面更陡峭的、更容易調(diào)節(jié)的料斗；遵循減少設(shè)備振動的原則；或安裝可快速疏通料斗堵塞的組件。利用上述信息，生產(chǎn)團隊就可以在料斗填充環(huán)節(jié)采用更好的方法，并積極應(yīng)對堵塞的問題。使用較少量的粉料，同時更頻繁地加料可能是減少對工藝流程干擾的方法之一。兩組粉料采用細化的性能指標并且更有相關(guān)性的測試，在測試結(jié)果中獲得的信息可以有效地控制設(shè)計參數(shù)或得到實際方法，從而實現(xiàn)生產(chǎn)目標。

英國富瑞曼科技作為美國麥克儀器子公司，專注于研究測量粉體流動性的系統(tǒng)并具有超過15年的粉體及粉體流動性表征經(jīng)驗。專家團隊為公司所有產(chǎn)品提供廣泛且有效的支持

富瑞曼儀器系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，提供的數(shù)據(jù)大限度地提高了工藝和產(chǎn)品的理解，加速了研發(fā)和配方的成功商業(yè)化，并支持粉體工藝的長期優(yōu)化

富瑞曼科技總部位于英國格洛斯特郡，在主要地區(qū)擁有運營中心和分銷合作伙伴。公司曾榮獲“女王貿(mào)易企業(yè)獎”。