Объяснение индекса текучести: почему текучесть порошка важна при переработке пластмасс

Две партии одной и той же полиэтиленовой смолы измельчаются в одном измельчителе. Первая партия равномерно проходит через бункер, оседает в каждом углу формы и производит центробежно-формованную деталь с одинаковой толщиной стенок. Вторая партия застревает в горловине бункера, останавливает подачу и оставляет пустоты в готовой детали. Ситовой анализ для обеих партий выглядит почти одинаково. Индекс текучести не имеет значения.

Индекс сыпучести — это практическое число, которое говорит вам, как порошок будет вести себя на реальной производственной линии, а не о том, как усредняются размеры его частиц на бумаге. Это не одно фиксированное значение, а совокупность измерений, построенная на основе нескольких простых тестов. В этой статье объясняется, что такое индекс сыпучести, как рассчитываются наиболее распространенные версии и почему эти цифры должны влиять на то, как вы выбираете и используете оборудование для измельчения пластика.

Что такое индекс текучести?

Индекс сыпучести — это числовая оценка, которая описывает, насколько легко порошок перемещается под действием силы тяжести, давления воздуха или механического перемешивания. Поскольку ни один тест не охватывает все аспекты потока, этот термин охватывает несколько связанных измерений, каждое из которых отвечает на отдельный вопрос. Порошок сыпется свободно? Он сжимается от вибрации? Выгибается ли он над отверстием бункера? Вытекает ли он через отверстие с постоянной скоростью?

Наиболее широко используемой комплексной шкалой является индекс текучести Карра, разработанный в 1960-х годах. Он объединяет четыре субиндекса, каждый из которых оценивается от 0 до 25:

• Индекс угла естественного откоса
• Угол индекса шпателя
• Индекс сжимаемости, также называемый индексом Карра.
• Индекс однородности

Четыре значения в сумме дают общий балл из 100. Более высокая сумма означает лучший поток. Полосы интерпретации показаны ниже.

Многие мелкие пластиковые порошки находятся в диапазоне от 60 до 75 до начала каких-либо корректирующих действий. Оценка выше 80 достижима, когда распределение частиц по размерам узкое, а форма частиц правильная, а это именно то, для чего предназначен хорошо спроектированный пластиковый измельчитель.

Индекс Карра и коэффициент Хауснера: два простейших числа

Большинство лабораторий контроля качества начинают с двух значений, которые не требуют дорогостоящего оборудования: индекса Карра, также называемого индексом сжимаемости, и коэффициента Хауснера. Оба являются производными от объемной плотности и плотности выпуска.

Насыпная плотность измеряется путем заливки известной массы порошка в градуированный цилиндр и определения неотстоянного объема. Плотность утряски измеряется после механического постукивания по цилиндру до тех пор, пока объем не перестанет изменяться. Формулы:

Индекс Карра = [(Плотность резьбы - Объемная плотность) / Плотность резьбы] x 100
Коэффициент Хауснера = Плотность выпуска / Объемная плотность

Логика обоих проста. Порошок, который упаковывается гораздо плотнее после выпуска, имеет высокое трение между частицами и механическое сцепление, оба из которых препятствуют течению. Порошок, плотность которого в насыпном состоянии и в рассыпчатом состоянии почти одинакова, имеет низкое внутреннее трение и свободно течет.

Вот рабочий пример. Порошок полиэтилена имеет насыпную плотность 0,35 г/см3 и плотность утряски 0,47 г/см3. Индекс Карра равен [(0,47 – 0,35)/0,47] x 100, что равно 25,5. Коэффициент Хауснера составляет 0,47/0,35, что равно 1,34. Оба числа указывают на приемлемый поток, что означает, что порошок будет двигаться, но может потребоваться вибрация или средство для повышения текучести в критических геометрических формах бункера.

Эти два индекса достаточно надежны, поэтому Фармакопея США включила их в свою официальную главу о потоке порошка, USP <1174>, наряду с некоторыми другими методами. Это делает индекс Карра и коэффициент Хауснера оправданным и воспроизводимым выбором для управления процессом на любом порошковом заводе.

Угол откоса и другие тесты, которые стоит знать

Угол естественного откоса — это самый крутой угол между наклоном кучи пороха и горизонтальным основанием после высыпания порошка через воронку. Это самый быстрый из имеющихся индикаторов текучести, который напрямую коррелирует с формой частиц. Округлые частицы накатываются друг на друга и образуют пологие кучки; неравномерные, глыбистые или волокнистые частицы образуют крутые кучи.

Два дополнительных метода дополняют картину пластиковых порошков. Поток через отверстие измеряет массу порошка, выбрасываемого через определенное отверстие в единицу времени, что напрямую связано с разгрузкой бункера и дозированием. Испытание с помощью ячейки сдвига измеряет внутреннее трение и сцепление под нагрузкой, что позволяет прогнозировать образование дуг и изгиб в бункерах для хранения. Для текущего контроля производства обычно достаточно угла естественного откоса в сочетании с индексом Карра и коэффициентом Хауснера.

Почему показатель текучести важен при производстве пластиковых порошков

Текучесть не является абстрактной лабораторной проблемой. Он решает, будет ли производственная линия работать с номинальной производительностью или останавливаться несколько раз за смену, а также решает, соответствует ли готовая деталь требованиям по толщине стенок или становится металлоломом.

Ротационное формование

При ротационном формовании порошок полиэтилена должен равномерно растекаться по внутренней части формы, вращающейся по двум осям. Плохая текучесть приводит к неравномерной толщине стенок, появлению точечных отверстий и перемычек сложной геометрии. Поэтому сорта, полученные ротационным формованием, измельчаются до узкого гранулометрического состава с высокой однородностью, и дисковая мельница, производящая их, должна быть достаточно стабильной, чтобы поддерживать такое распределение частиц от партии к партии.

Измельчитель порошка Mao Yue 500 PE с шлифовальными дисками DC53 Этот компактный измельчитель создан для малых и средних производителей, производящих ротационное формование, и обеспечивает производительность 150–450 кг/ч с крупностью от 20 до 100 меш. Диски DC53 и лезвия с прецизионной заточкой помогают поддерживать узкое распределение частиц, обеспечивая постоянную сыпучесть. Посмотреть продукт →

Мастербатч и полимерные соединения

При производстве маточных смесей и смесей порошок непрерывно дозируется в экструдер или смеситель. Если порошок растекается, изгибается или меняет объемную плотность между партиями, дозировка добавки меняется, а окончательный цвет или механические свойства изменяются. Таким образом, стабильный показатель текучести является частью стабильности от партии к партии, а не просто показателем качества, который приятно иметь.

ПА и ПП при температуре окружающей среды

ПА и ПП представляют собой прочные, пластичные полимеры, которые устойчивы к измельчению при температуре ниже температуры стеклования, если только они не охрупчиваются жидким азотом. Измельчение при температуре окружающей среды позволяет избежать этих затрат, но форма частиц и содержание мелких частиц сильно зависят от конструкции диска и скорости ротора. Машина, производящая блочные, правильные частицы, даст заметно лучший показатель сыпучести, чем та, которая измельчает полимер на волокнистые фрагменты.

Mao Yue PA/PP-500 Измельчитель при температуре окружающей среды для жестких полимеров Это устройство, разработанное для ПА и ПП без жидкого азота, оснащено дисками из сплава с высоким содержанием хрома и интеллектуальным контролем температуры для предотвращения прилипания расплава. Он производит однородный, сыпучий порошок в диапазоне 20–100 меш, поддерживая постоянные показатели текучести. Посмотреть продукт →

Мелкодисперсный порошок ПВХ

Сухие смеси и мелкодисперсные порошки ПВХ используются при производстве пластизолей, центробежном формовании и экструзии. Частицы размером менее 100 меш увеличивают площадь поверхности и улучшают плавление, но они также увеличивают сцепление и увеличивают угол естественного откоса. Измельчитель, который может производить мелкий порошок, сохраняя при этом точное распределение по размерам, будет поддерживать индекс сыпучести в рабочем диапазоне; машина, которая генерирует широкий разброс штрафов, будет наблюдать, как она быстро упадет.

Измельчитель мелкодисперсного порошка ПВХ Mao Yue 900 для крупносерийного производства Будучи флагманом серии для крупномасштабной переработки ПВХ, эта машина с дисками диаметром 900 мм достигает производительности до 1300 кг/ч, оснащена прочными легкосплавными дисками и двухконтурным охлаждением. Он сохраняет форму и распределение частиц по размерам, помогая поддерживать стабильную текучесть при выполнении сложных операций. Посмотреть продукт →

Как выбор оборудования меняет индекс текучести

Большинство обсуждений оборудования упускают из виду тот факт, что индекс сыпучести пластикового порошка во многом определяется машиной, которая его измельчает. Ситовой анализ показывает средний размер частиц, но сыпучесть зависит от распределения вокруг этого среднего значения и формы каждой частицы.

Широкий гранулометрический состав – первый враг хорошей текучести. Мелкие частицы упаковываются в промежутки между более крупными, увеличивают сцепление и повышают плотность утряски. Узкое распределение сохраняет подвижность порошка. В Changzhou Mao Yue Intelligent Equipment, производителе пластиковых измельчителей с тридцатилетним опытом измельчения, каждая конструкция машины нацелена на один и тот же результат: узкий гранулометрический состав и стабильный показатель сыпучести при номинальной производительности.

Управление температурой является вторым фактором. Смолы, такие как ПА и ПП, размягчаются при нагревании дисковой мельницы, а размягченный полимер деформируется, а не полностью разрушается. Результатом являются удлиненные частицы и ухудшение показателя сыпучести. Измельчитель при температуре окружающей среды и достаточном охлаждении сохраняет полимер достаточно хрупким для разрушения, образуя правильные блочные частицы, которые хорошо текут.

Состояние диска и лезвия является третьим фактором. По мере износа режущих кромок механическое напряжение на полимер увеличивается, увеличивается тепловыделение и увеличивается доля частиц неправильной формы и мелких частиц. Регулярный осмотр дисков и ножей измельчителя – это не только задача технического обслуживания; это задача управления текучестью. Для более подробного изучения того, как внутренние детали пульверизатора влияют на форму частиц, прочитайте наше объяснение что на самом деле делает пластиковый измельчитель .

Что спросить перед покупкой пульверизатора

При оценке оборудования для измельчения запрашивайте данные о потоке порошка, а не только ситовой анализ. Любой поставщик может указать средний размер частиц; немногие могут показать вам индекс Карра, коэффициент Хауснера и угол естественного откоса порошка, который их машина производит из вашей собственной смолы. Поскольку мы являемся исходным заводом, мы можем провести испытания вашего материала и предоставить эти цифры, прежде чем вы примете решение.

Используйте этот контрольный список во время следующей проверки оборудования:

1. Каков индекс Карра эталонного порошка при заданном размере частиц?
2. Какой угол естественного откоса у такого размера?
3. Какой процент частиц ниже заданной сетки генерирует машина?
4. Работает ли машина при температуре окружающей среды или требует жидкого азота или вторичного охлаждения?
5. Как меняется показатель текучести по мере износа диска и лопаток?

Ответы расскажут вам больше о стабильности порошка в долгосрочной перспективе, чем любая информация в брошюре. Если поставщик не может предоставить данные о расходе, воспринимайте это как предупреждающий знак. Наш руководство по выбору пульверизатора Более подробно рассматриваются типы машин, принципы работы и критерии покупки.

Индекс текучести – это не маркетинговый показатель или лабораторный курьез. Это прямой прогноз того, как ваш порошок будет вести себя в бункере, форме или подающем канале экструдера. Измерьте его на собственном материале, сравните его с разными машинами и сделайте его частью своих критериев покупки. От этого будет зависеть стабильность вашего последующего процесса и качество готовых деталей.