La differenza nella forza di coesione tra le diverse polveri è dovuta al tipo e all'intensità delle forze interparticellari (forze di van der Waals, forze capillari, forze elettrostatiche, ecc.) e i suoi fattori chiave che influenzano includono la dimensione delle particelle, la ruvidità superficiale, il contenuto di umidità e le proprietà del materiale, risultando in una forza coesiva che può estendersi su più ordini di grandezza (da 10 ⁻⁶ N a 10 ⁻¹ N). Questa differenza può essere descritta quantitativamente attraverso l'indice delle caratteristiche di aggregazione, la tensione superficiale e il modello di correzione della rugosità.
Dimensione delle particelle: 5um è il limite chiave per la forza della forza coesiva
Le polveri ultrafini con una dimensione delle particelle inferiore a 5um hanno un indice caratteristico di aggregazione significativamente maggiore a causa della loro ampia area superficiale specifica e delle forze di van der Waals che dominano la forza di coesione. Gli esperimenti hanno dimostrato che quando il diametro delle particelle diminuisce da 10 μm a 2 μm, il numero di agglomerazione (il rapporto tra la forza di interazione delle particelle e la gravità) può essere aumentato di tre ordini di grandezza, con conseguente transizione della polvere da uno stato di "flusso libero" a uno stato di "forte agglomerazione".
Ad esempio, la coesione dinano biossido di titanio(dimensione delle particelle ~ 20 nm) è più di 100 volte quella del biossido di titanio di dimensioni micrometriche, a causa dell'elevata percentuale di atomi esposti sulla superficie delle particelle fini e delle interazioni intermolecolari più forti. Per le polveri con una dimensione delle particelle superiore a 5 μ m, la forza gravitazionale supera la forza di van der Waals e la forza di coesione è determinata principalmente dal morso e dall'attrito meccanico. L'indice caratteristico di agglomerazione è vicino a 1 e la scorrevolezza è buona.
Rugosità superficiale: "riduttore coesivo" per polvere secca
La forza coesiva delle particelle a superficie liscia deriva principalmente da interazioni intermolecolari dirette, mentre le micro sporgenze (rugosità>10 nm) sulla superficie delle polveri reali indeboliscono significativamente questo effetto. Calcoli teorici mostrano che l'adesione a secco delle perle di vetro grezzo è solo 1/10 di quella delle sfere lisce, poiché il corpo microconvesso scherma le forze di van der Waals, riducendo l'area di contatto effettiva a meno del 10% dell'area apparente. Ad esempio, la polvere di alluminio sferica (rugosità superficiale Ra=0,1 μm) macinata dal flusso d'aria ha una forza di coesione inferiore del 40% e un miglioramento più significativo nella scorrevolezza rispetto alla polvere di alluminio irregolare (Ra=1,2um) macinata mediante macinazione meccanica.
Contenuto di umidità: la forza capillare innesca una "crescita a gradini" della forza coesiva
Una piccola quantità di acqua (<5%) formerà ponti liquidi tra le particelle, generando una coesione capillare ben oltre lo stato secco. Per la polvere di perle di vetro, l'aggiunta dello 0,5% di umidità può aumentare la forza di coesione da 10 ⁻⁵ N a 10 ⁻² N, che è determinata dalla formula cap-2 πγ LVRcos θ, dove la tensione superficiale γ - LV e l'angolo di contatto θ sono parametri chiave. Ad esempio, la forza di coesione della sabbia di quarzo allo stato secco è solo 0,01 N. Dopo aver aggiunto acqua al 2%, la forza di coesione può raggiungere 0,3 N a causa del ponte capillare, sufficiente a formare una struttura stabile a "castello di sabbia". Ma quando il contenuto di umidità supera il 15%, le particelle sono completamente avvolte da un film d'acqua e la forza capillare diminuisce, mentre la forza coesiva diventa dominata dalla galleggiabilità.
Proprietà dei materiali: tensione superficiale ed effetto regolatore dei gruppi chimici
La differenza nell'energia superficiale di diversi materiali si traduce in diversi valori di base coesiva. Ad esempio, le polveri metalliche (come polvere di rame, energia superficiale γ _SV-1J/m ²) hanno una forza coesiva 30 volte superiore rispetto alle polveri polimeriche (come polietilene, γ _SV-0,03 J/m ²). Le polveri contenenti gruppi funzionali speciali (come la silice idrossilata) hanno una coesione superiore di oltre il 50% rispetto a polveri simili non polari a causa dei legami idrogeno. Le resine a base acqua come SV-6145 possono migliorare la scorrevolezza del rivestimento mantenendo l'adesione riducendo la coesione (pur mantenendo i gruppi di ancoraggio). Il principio di progettazione è quello di utilizzare gruppi a bassa energia superficiale per indebolire l'attrazione interparticellare.
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