Introduction

Dans les applications de revêtement par pulvérisation, une fine poudre, généralement un polymère, est extraite d'un dispositif de stockage avant d'être fluidifiée et éjectée par une buse chargée sur un substrat. Il est essentiel que la poudre puisse être fluidifiée de manière efficace et constante, sans formation d'agglomérats susceptibles de bloquer la buse et d'affecter la charge des particules individuelles, ce qui entraînerait une mauvaise adhérence ou la formation d'agglomérats sur le substrat. Il est également essentiel d'établir un flux régulier à partir du dispositif de stockage, car un flux irrégulier dans la chambre de fluidisation entraînera une mauvaise fluidification.

L'identification et la quantification des propriétés des poudres en corrélation avec les performances les plus efficaces d'un processus permettent d'optimiser les nouvelles formulations sans avoir à supporter le coût important de l'analyse d'échantillons pour évaluer leur adéquation, ce qui permet de réaliser des économies considérables en termes de temps et de matières premières, et de minimiser le gaspillage dû aux produits rejetés.

Variations des performances des processus et de la qualité des produits

Trois échantillons d'une poudre de polymère ont été utilisés dans une application de revêtement par pulvérisation à l'aide d'un système de charge corona. L'échantillon A a montré de bonnes performances en termes d'écoulement à travers la buse et d'adhésion au substrat, et l'échantillon B a montré un comportement acceptable, mais l'échantillon C s'est avéré médiocre dans les deux cas ; il a provoqué des blocages dans la buse et s'est ensuite détaché du substrat pendant le transport vers le four. L'analyse de la taille des particules a permis de conclure que les trois poudres avaient le même D50 et la même distribution granulométrique.

Des échantillons des trois lots ont été analysés à l'aide d'un rhéomètre à poudre FT4. Des différences claires et reproductibles ont été observées entre les échantillons lors de tests multiples, ce qui a permis de rationaliser la variation des performances et de cribler les futurs lots avant de les introduire dans le processus.

Résultats des tests

L'échantillon A a généré l'énergie de fluidité de base (BFE) et l'énergie spécifique (SE) les plus élevées des trois échantillons, ce qui indique une plus grande cohésion et un meilleur enchevêtrement des particules. L'échantillon C a généré la BFE et la SE les plus faibles, ce qui suggère qu'un certain degré de cohésion interparticulaire est nécessaire pour former un revêtement uniforme sur le substrat, et que l'échantillon C ne répond pas à ce critère.

Essais en vrac : Compressibilité

L'échantillon C était le plus compressible des échantillons, ce qui indique une plus grande propension à se compacter dans des conditions d'écoulement forcé, comme lors de l'extraction de la poudre du récipient de stockage dans la chambre de fluidisation. La plus grande propension à se compacter favorise la formation d'agglomérats, ce qui entrave les opérations de pulvérisation et de chargement dans la buse.

Essais en vrac : Perméabilité

L'échantillon A a généré la chute de pression la plus faible à travers le lit de poudre, ce qui indique qu'il est le plus perméable. Cela suggère qu'il sera le plus fluide sous transport et qu'une fois fluidisé, il est susceptible de s'écouler plus facilement dans un flux d'air. L'échantillon C était le moins perméable, générant la perte de charge la plus élevée à travers le lit de poudre, ce qui est susceptible de provoquer un écoulement plus irrégulier et pulsatile dans la chambre de fluidisation, et un écoulement instable de la masse fluidisée.

Test de cellule de cisaillement

Aucune différenciation n'a été observée lors des essais en cellule de cisaillement, les valeurs de contrainte de cisaillement mesurées pour les trois échantillons étant identiques à 2,5 % près. L'absence de corrélation avec les performances du procédé indique que l'environnement hautement consolidé et à faible débit de l'essai en cellule de cisaillement n'est pas représentatif du comportement dans l'environnement dynamique et aéré d'une opération de fluidisation.

Conclusion

L'approche multivariée du FT4 a permis d'identifier des différences claires et reproductibles entre les trois échantillons de poudre en termes de propriétés dynamiques et en vrac, qui sont en corrélation avec les performances en cours de fabrication. En outre, les résultats démontrent que le test de cellule de cisaillement seul ne fournit pas une représentation fiable du comportement de la poudre dans ce processus, en raison des différents régimes de contrainte et d'écoulement présents. L'échantillon A présente l'EBE, la SE et la perméabilité les plus élevées, et la compressibilité la plus faible des trois échantillons. Cela suggère qu'un certain degré de cohésion est nécessaire pour former un revêtement uniforme, mais que la susceptibilité à l'agglomération et à l'écoulement erratique est problématique pour le processus. L'échantillon C, dont l'EBE et la perméabilité sont les plus faibles et la compressibilité la plus élevée, est le plus sensible à la compaction pendant le transport vers la chambre de fluidisation, formant des agglomérats qui peuvent bloquer la buse et provoquer une charge irrégulière.

La fluidité de la poudre n'est pas une propriété inhérente au matériau, mais plutôt la capacité de la poudre à s'écouler de la manière souhaitée dans un équipement spécifique. Un traitement réussi exige que la poudre et le procédé soient bien adaptés et il n'est pas rare qu'une même poudre donne de bons résultats dans un procédé mais de mauvais résultats dans un autre. Cela signifie que plusieurs méthodologies de caractérisation sont nécessaires pour caractériser pleinement le comportement de la poudre dans une gamme d'opérations, et plutôt que de s'appuyer sur la caractérisation d'un seul nombre pour y parvenir, l'approche multivariée du FT4 simule une gamme d'opérations unitaires, ce qui permet d'étudier directement la réponse d'une poudre à diverses conditions de processus et d'environnement.