Conseils et astuces de Joe Flow - Comment mesurer le débit de poudre dans un rhéomètre

Problématique / Besoin :

Pourquoi est-ce que je veux faire de la rhéologie des poudres ? 

Le comportement des poudres est influencé par une multitude de facteurs internes et externes qui peuvent rendre difficile la prédiction de leur comportement pendant le traitement ou le stockage. Les facteurs internes qui vont influencer une poudre sont par exemple la granulométrie et la distribution granulométrique, la morphologie et la surface. Les facteurs externes sont des facteurs qui découlent de l'environnement - tels que la température, l'humidité et le degré de consolidation. Pendant la production, le traitement et le stockage, les poudres subissent souvent de nombreuses étapes de traitement différentes dans lesquelles elles sont exposées à des conditions différentes. Ces conditions peuvent aller de charges élevées comme lors de la fabrication de comprimés, à des charges relativement élevées comme dans un silo. Un autre exemple des conditions que la poudre peut rencontrer est lorsqu'elle est fluidisée. La fluidisation a lieu lorsque du gaz / air sous pression est introduit à travers le lit de poudre, ce qui se traduit par un comportement de type fluide. La fluidisation a lieu dans un réacteur à lit fluidisé, lors du transport pneumatique, mais également lors de l'évacuation du silo lorsque les particules sont en chute libre. Si le comportement de la poudre n'est pas suffisamment bien compris dans les conditions qu'elle subit, cela peut entraîner des processus inefficaces et, dans le pire des cas, même des lots perdus. De cette complexité découle la nécessité de caractériser les poudres dans des conditions réalistes - c'est-à-dire telles qu'elles sont pendant tout leur cycle de vie. Avec une large gamme de méthodes différentes, la rhéologie des poudres permet de simuler les conditions réelles qui subissent les poudres pendant la production et le stockage. 

Quels accessoires puis-je utiliser sur un rhéomètre MCR pour effectuer la rhéologie des poudres ? 

Les rhéomètres MCR peuvent être équipés de deux cellules distinctes pour effectuer la rhéologie des poudres - la cuve à circulation de poudre et la cellule de cisaillement de poudre. La cuve à circulation de poudre vous aide à caractériser le comportement des poudres à l'état fluidisé ou désaéré. Les poudres désaérées se produisent lorsque les poudres ont été fluidisées et se sont à nouveau déposées, mais n'ont pas été compactées en plus. De cette manière, vous pouvez simuler par exemple le transport pneumatique, ou analyser qualitativement le démixtion. Pour exécuter les tests, l'échantillon peut être fluidisé, c'est-à-dire qu'un flux de gaz sous pression peut être introduit à travers le lit de poudre. Différentes géométries permettent de mesurer une large gamme de propriétés, par exemple : 

• Propriétés de fluidisation - quel débit de gaz est nécessaire pour fluidifier les poudres
• Perméabilité - résistance au flux d'air à travers le lit de poudre
• Rétention d'air - combien de temps l'air reste-t-il dans le lit de poudre après la fluidisation. 

La cellule de cisaillement de poudre caractérise les poudres à l'état consolidé / compacté - telles que'elles sont dans un silo ou lors d'un transport mécanique. Les poudres sont consolidées et cisaillées afin de pouvoir effectuer une analyse approfondie des données - ce qui permet de découvrir une multitude de propriétés telles que la fluidité, l'angle de frottement interne ou la limite d'élasticité non confinée. 

De plus, la cellule de cisaillement de poudre est compatible avec les options de température et d'humidité - permettant un contrôle précis de l'environnement pendant les mesures. Cela permet de comprendre l'influence que la température et l'humidité peuvent avoir sur le processus de fabrication ou pendant le stockage - et vous pouvez même voir à quel point l'environnement a un impact sur l'agglomération. 

Quels sont les tests typiques ? 

Un test typique dans la cuve à circulation de poudre est la chute de pression. Cette méthode est utilisée pour déterminer quel débit volumétrique de gaz est nécessaire pour la fluidisation initiale et complète de l'échantillon. Pour cette mesure, un contrôleur de débit massique est utilisé pour contrôler avec précision un débit de gaz croissant à travers le lit de poudre. La pression sous le lit de poudre est mesurée et peut être analysée pour récupérer le point de fluidisation naissante et complète. La cellule de cisaillement de la poudre est généralement utillisée pour les tests de cisaillement, une méthode qui aide à comprendre comment la poudre se comportera dans différentes conditions de contrainte. Cela signifie, par exemple, que vous pouvez l'utiliser pour déterminer dans quelle mesure il s'écoule d'un silo lorsque le silo est complètement plein ou presque vide. Le test de cisaillement est réalisé en cisaillant l'échantillon sous différentes conditions de contrainte. L'analyse ultérieure est effectuée automatiquement par le logiciel du rhéomètre et donne des paramètres tels que la fluidité. Le contrôle de l'humidité pendant la mesure peut être essentiel, en particulier avec les poudres hygroscopiques car elles peuvent montrer un fort changement de comportement en fonction de l'humidité ambiante. De même, la température peut avoir un fort impact - imaginez un silo qui se décharge parfaitement en hiver, mais qui se déverse / déborde en été, car des parties de la poudre se liquéfient et commencent à agir comme lubrifiant. 

Vaut-il mieux utiliser la rhéologie des poudres dans le contrôle qualité ou dans la recherche et développement ? 

Il est toujours utile d'utiliser la rhéologie des poudres ! Dans le cadre du contrôle qualité, la rhéologie des poudres peut vous aider avec des tests rapides pour identifier facilement les problèmes ou savoir si votre échantillon a changé d'un lot à l'autre. Ou vous pouvez savoir quand un processus comme le mélange est terminé. La polyvalence de la rhéologie des poudres entre vraiement en jeu dans la recherche et le dévloppement - avec une multitude de méthodes de test différentes, il est possible de comprendre les poudres dans toutes les conditions. Par exemple, la rhéologie des poudres peut aider à la mise à l'échelle pour éviter les problèmes lors du passage de la production en laboratoire à petite échelle à la fabrication industrielle à grande échelle. 

Comment la rhéologie des poudres complète-t-elle d'autres méthodes de caractérisation comme le dimensionnement des particules ? 

Des méthodes de caractérisation telles que le dimensionnement des particules ou la pycnométrie sont utilisées pour trouver des paramètres spécifiques des poudres - comme la taille des particules ou la densité réelle. La rhéologie des poudres, quant à elle, est une approche plus phénoménologique - c'est-à-dire qu'elle vous aide à comprendre comment un changement d'un paramètre spécifique affectera son comportement. Par exemple, une modification de la taille des particules affectera la fluidité. Prédire le changement de fluidité peut être difficile car avec le changement de taille de particule, d'autres facteurs tels que la distribution de taille de particule ou la morphologie de surface peuvent également avoir changé. Par conséquent, afin de savoir si la poudre s'écoulera mieux ou moins bien, et dans quelle mesure la fluidité change, il peut être utile d'effectuer des tests rhéologiques sur poudre.