I. 介紹

1.理論

顆粒狀材料和細粉體在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用。為了控制和優(yōu)化加工方法,，這些材料必須被精確地表征,。表征方法與顆粒的性質(zhì)(粒度測量、形貌,、化學(xué)成分……)和散粉的行為(流動性,、密度、共混穩(wěn)定性,、靜電性能……)有關(guān),。然而，就散粉的物理行為而言,，研發(fā)或質(zhì)量控制實驗室中使用的大多數(shù)技術(shù)都是基于舊的測量技術(shù),。在過去的十年中，我們已經(jīng)更新了這些技術(shù),，以滿足目前的研發(fā)實驗室和生產(chǎn)部門的要求,。特別地，測量過程已被自動化和嚴格的初始化方法被應(yīng)用,，以獲得可重復(fù)和可解釋的結(jié)果,。此外，圖像分析技術(shù)的應(yīng)用提高了測量精度,。

一系列的測量方法已被開發(fā),，以涵蓋工業(yè)加工粉體和顆粒材料的所有需要。然而,，在本應(yīng)用說明中,，我們將集中于GranuCharge（粉體靜電分析儀）。

2.GranuCharge （粉體靜電分析儀）

靜電在粉體內(nèi)部流動時產(chǎn)生,。電荷的出現(xiàn)是由于摩擦電效應(yīng),，即兩個固體接觸時的電荷交換。在粉體在設(shè)備(攪拌機,、筒倉,、輸送機等)內(nèi)流動時，摩擦電效應(yīng)發(fā)生在顆粒之間的接觸處以及顆粒與設(shè)備之間的接觸處,。因此,，用于構(gòu)建該裝置的粉體的特性和材料的性質(zhì)是重要的參數(shù)。

GranuCharge（粉體靜電分析儀）自動精確地測量在與選定材料接觸時產(chǎn)生的粉體內(nèi)部的靜電荷量,。

樣品粉體在一個振動的V型管中流動,，然后落在一個與靜電計相連的法拉第杯中。靜電計測量粉體在V型管內(nèi)流動時所獲得的電荷,。為了獲得可重復(fù)的結(jié)果,，使用旋轉(zhuǎn)或振動裝置有規(guī)律地進樣,。

II. 粉體描述

以此應(yīng)用程序說明一個示例。它是一種玻璃粉,，涂覆了接枝琥珀酸酐(ESA)的乙烯共聚物,。該共聚物含有琥珀酸酐環(huán)(圖1a)，在潮濕環(huán)境下水解成琥珀酸(圖1b),。由于琥珀酸是弱酸,，它也在水中部分離解(圖1c)。

從圖1可以看出,，在低濕度條件下,，酸酐環(huán)封閉，電導(dǎo)率低,，而水解后的琥珀酸在有水的情況下解離,，電導(dǎo)率較高。因此,，高電導(dǎo)率意味著有良好的消散電荷的能力，而低電導(dǎo)率的樣品則很難消散電荷,。

III. GranuCharge（粉體靜電分析儀）分析

1.Experimental protocol

實驗方法

用GranuCharge研究了粉體的摩擦電效應(yīng),。每次GranuCharge實驗均采用不銹鋼316L管和旋轉(zhuǎn)喂料器。

(參見圖2):

圖2:測試中使用的旋轉(zhuǎn)給料機照片,。

每次進樣用量為50g,，實驗后不回收。為了證明顆粒電荷的準(zhǔn)確性/再現(xiàn)性,，一些試驗重復(fù)了許多次,。

實驗前記錄粉體質(zhì)量mp, in g)。在測試開始時,，通過在法拉第杯中倒入粉體來測量初始粉體電荷(Qi, in μC),。一旦這些步驟完成，粉體被倒入旋轉(zhuǎn)給料器內(nèi),，然后開始實驗,。終裝藥量在實驗結(jié)束時測量(Qf, μC)。

進行了兩個不同的試驗,，個試驗研究了低水含量(RH = 38%,， T = 25℃)對電荷密度的影響，第二個試驗研究了高水含量(RH = 85%,， T = 80℃)對電荷密度的影響,。

對于每個測試，測量方法是相同的,。個點(t = 0 min時)對應(yīng)于環(huán)境空氣條件(樣品盒打開后),。第二點是樣品在170℃的烤箱中放置一小時后的電荷,。將樣品與濕度接觸后，記錄后的所有點,。

2.結(jié)果

下面的表總結(jié)了個測試和第二個測試獲得的原始結(jié)果:

表1:低濕度(接近38%)和環(huán)境溫度(25℃)下測試的原始數(shù)據(jù),。

表2:高濕(接近85%)和高溫(80℃)下試驗的原始數(shù)據(jù)。

The following figure represents charge density variation (Mean q, in μC/kg) versus time of experiment:

下表為電荷密度隨實驗時間的變化(Mean q, in μC/kg)

圖3:濕度對涂有乙稀丁二酸酐的玻璃粉電荷密度的影響,。

這些結(jié)果是非常有趣的,，在低含水率(紅色曲線)保持1140min后，電荷的小幅下降被突出,。涂層性能的修改原因(cf,。圖1),這是由于之間的過渡結(jié)構(gòu)(a) (c)。然而,在高濕度(藍色曲線)這兩個有機化合物之間的過渡是更快,這是電荷密度相同的趨勢變化(因為化合物(c)防靜電是由于其高導(dǎo)電性),。

個點的電荷密度之間的差異可以解釋為兩個測試的化學(xué)反應(yīng)是一種化學(xué)平衡(cf,。圖1)。因此,在樣本的紙板盒,有可能是玻璃粉體涂層成分的對應(yīng)于一個混合的形式(a),、(b)和(c),。

在實驗結(jié)束時測試高水分值(藍色曲線)，樣品具有負電荷密度,，這可能是由于涂層(ESA)原本帶有輕微負電荷,。

IV. 結(jié)論

? GranuCharge可以顯示粉體表面性質(zhì)的變化。

? GranuCharge能夠測量濕度對玻璃粉涂層的影響,。