химический каталог




ПОРОШКИ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ПОРОШКИ, двухфазные системы, представляющие собой твердые частицы дисперсной фазы, распределенные в воздухе или др. газовой среде. Традиционно к порошкам относят большинство сыпучих материалов, однако в узком смысле термин "порошки" применяют к высокодисперсным системам с размером частиц, меньшим некоторого критической значения, при котором сила межчастичного взаимодействия становится соизмеримой с их весом. Наибольшее распространение имеют порошки с размером частиц от 1 до 100 мкм. Удельная межфазная поверхность таких порошков меняется в широких пределах - от несколько м2/г (аэросил, сажа) до долей м2/г (мелкие пески). Высокодисперсные порошки с частицами размером < 1 мкм, взвешенными в газовой фазе и участвующими в броуновском движении, образуют аэрозоли (пыли, дымы).

Структурно-реологические свойства. Наряду с развитой межфазной поверхностью, обусловливающей многие свойства порошков как высокодисперсных систем, важнейшее значение имеют структурно-реологические свойства: способность к необратимым сдвиговым деформациям (течению), образование обратимо разрушаемых контактов между частицами (структурирование) и др. Основные реологические характеристики порошков - предельное напряжение сдвига и эффективная вязкость. В рамках механики сплошных сред, начиная с работы К. Кулона (1773) до 2-й половины 20 века, порошки рассматривались как пластические тела и на основе теории пластичности были сформулированы условия механические деформации порошков. В частности, сдвиговая деформация порошков наступает при предельном напряжении сдвига т, обусловленном двумя факторами: притяжением частиц порошка друг к другу (аутогезией) и трением между частицами порошка (обычно называют внутренним трением, но не связанным с диссипацией энергии деформирования). Согласно условию Мора-Кулона,
 

условие Мора-Кулона
 

где С-сопротивление деформированию, связанное с аутогезией, a-угол внутреннего трения, sн - нормальное напряжение (tg asн- сопротивление, обусловленное внутренним трением). Аутогезия определяется главным образом природой и силой межчастичного взаимодействия (см. Адгезия). Основной вклад в межчастичные взаимодействие в порошки дают межмолекулярные взаимодействия и электростатическое отталкивание, связанное с заряжением поверхности при перемещениях частиц друг относительно друга и их соударениях. Роль электростатического взаимодействия особенно важна при взаимодействии полимерных частиц.

Условие Кулона - Мора позволяет сформулировать критерий для различения "связных" порошков, в которых аутогезия велика и частицы сцеплены друг с другом, т.е. система обладает некоторой структурой, и "несвязных" порошков, в которых сопротивление сдвигу обусловлено лишь трением между частицами. Критерий связности имеет вид: sн >> С. Согласно модели, разработанной П.А. Ребиндером, Е. Д. Щукиным и Л. Я. Марголис в 1964, аутогезия частиц монодисперсного порошка приводит к возникновению пористой структуры, образованной цепочками из п частиц, вытянутыми в трех взаимно перпендикулярных направлениях, причем п связано с пористостью Е структуры соотношением:
 


 

В рамках этой модели сопротивление деформированию С соответствует предельному напряжению сдвига пористой структуры и может быть определено выражением:
 


 

где а-коэффициент порядка единицы, характеризующий геометрию упаковки частиц, Fсв-сила связи между частицами, п число связей в единице объема, f (f) - функция, определяющая объемную концентрацию f частиц (число частиц в единице объема), d-характерный размер частиц. Учитывая, что структура порошка возникает при условии, когда вес частицы
 

(m-масса частицы, g-ускорение свободный падения),а также полагая, что для вещества плотностью r m ~ d3, можно выразить критерий связности частиц в порошке как критический размер dкр (Н. Б Урьев, 1975):
 


 

Если между частицами действуют силы мол. притяжения, dкр изменяется от 100 до 500 мкм; для увлажненных порошков, в которых существенны капиллярные силы, значения dкр на порядок больше. Связными порошками являются высокодисперсные системы с диаметром частиц ddкр, несвязными порошками - грубо-дисперсные системы. Значение dкр служит также критерием агрегируемости частиц порошков.

Для связных порошков разрушение, вызываемое растягивающими усилиями, целиком определяется аутогезией. Прочность на разрыв тр (предельно допустимое растяжение) зависит от объемного содержания частиц (или пористости порошков) и может быть рассчитана на основе тех или иных предположений о структуре порошка. Согласно модели Ребиндера, Щукина и Марголис, при плотной кубической упаковке сферических частиц пористость структуры Е = 0,52 и прочность на разрыв имеет макс. значение тмакс. Для сыпучих материалов с Е < 0,52 прочность тр м. б рассчитана по формуле:
 


 

Для порошков с пористостью Е > 0.52 можно определить тр на основе предположения о случайной упаковке частиц. Наибольшей прочностью тмакс обладают порошки с минимальной пористостью Емин  0,39-0,41 (после виброуплотнения Емин может достигать 0,36-0,37). Зависимость тр от Е выражается соотношением:
 


 

Структурно-реологические характеристики порошков можно регулировать в широких пределах, модифицируя межфазную поверхность добавками ПАВ, изменением формы частиц и т.п.

Во 2-й половине 20 века развитие новых технологий переработки порошковых материалов привело к необходимости изучения поведения порошков в динамических условиях (под воздействием вибрации, в потоке газа, при псевдоожижении и др.). Особенность динамического поведения порошков - течение при сдвиговом напряжении, меньшем предельного, причем, как правило, порошок течет как неньютоновская жидкость (см. Реология). Агрегация частиц рассматривается как одна из причин неньютоновского поведения. Эффективная вязкость hэфф агрегированного порошка зависит от безразмерного параметра т/(h), где h- вязкость неструктурированного порошка, заполняющего пространство между агрегатами, -скорость сдвига. Соответствующая зависимость выражается степенной функцией:
 


 

Показатель степени n-эмпирическая параметр, для большинства порошков принимает значения в интервале от 0,5 до 0,7.

Вязкость h можно определить, рассматривая порошки как систему твердых, не связанных сферических частиц. В рамках механики многие частиц установлено, что существует минимальная вязкость (наибольшая текучесть) порошка как функция параметров внешний воздействия (скорости подачи газа, амплитуды или частоты вибрации). Эти параметры являются оптимальными для многих технологических процессов (например, для перемешивания).

Порошкообразные материалы. В технике и технологии порошки с размером частиц от 1 до 100 мкм - минеральных вяжущие (цементы, известь, гипс и т.п.), удобрения, пожаротушащие средства, твердые компоненты в производстве керамики, металлокерамических изделий, наполнители для пластмасс, резин и др., а также пищевые продукты (мука, сахарная пудра, какао-порошок), лекарственные и косметические средства.

Важнейшие технологические свойства таких материалов - сыпучесть (величина, обратная вязкости), уплотняемость (определяется кинетикой изменения объема порошка под действием динамической нагрузки и достигаемой объемной плотностью), слеживаемость в процессе хранения (образование структур с прочностью, превышающей первоначальную).

Слеживаемость порошка может быть следствием несколько факторов. Растворимые в воде порошки (например, минеральных удобрения) проявляют склонность к слеживанию при увлажнении и последующем высушивании, т. к. по достижении пересыщения раствора выделяются кристаллы, которые образуют "мостики срастания" между частицами порошка (кристаллизационные структуры; см Структурообразование). Минеральные вяжущие слеживаются при длительного хранении на воздухе вследствие увлажнения, т. к образующиеся продукты гидратации менее растворимы в воде, чем исходные порошки, и при пересыщении выделяются кристаллы - мостики срастания.

Слеживаемость порошков при хранении в емкости может вызываться увеличением площади контакта между частицами в результате их пластической деформации под действием веса вышележащих слоев. Для предотвращения слеживания гигроскопичные порошки гидрофобизуют, модифицируя поверхность частиц с помощью ПАВ, а в ряде случаев вводя твердые высоко дисперсные нерастворимые в воде добавки. Кроме того, особое внимание уделяют герметизации емкостей для хранения порошков, ограничивают сроки хранения и т.п.

Литература
Зимон А Д , Андрианов Е И., Аутогезия сыпучих материалов, М., 1978;
Урьев Н Б., Высококонцентрированные дисперсные системы. М., 1980; его же.
Урьев Н Б., Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов, М., 1988;
Механика гранулированных сред. Теория быстрых движений, пер с англ., М., 1985

Н Б Урьев

Полезная информация
Сейчас доступно большое количество сайтов, созданных для покупки товаров со скидкой, через интернет. Помимо существенной экономии (скидки достигают 90%), покупать товары через скидочные системы еще и удобно. Товар можно приобрести с доставкой, оплатив его пластиковой картой, электронными деньгами или списанием с баланса сотовой связи. Важно понять, что скидки даются не на залежавшийся товар или на непопулярную услугу, а на вполне востребованные продукты. Основной смысл скидочных систем - привлечь максимальное количество покупателей или потребителей услуг. При этом компания, размещающая на скидочной системе предложение, получает рекламу и большой поток покупателей.


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
школа холодильщиков
дизельный котёл для отопления
Фаркоп Bosal 1426-A для Renault Kangoo II
кухонные уголки со складным столом воронеж

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)