In powder processing, analytical data is a primary driver of progress towards better products and more efficient manufacturing practice. Instruments that deliver novel, unique and relevant information enable an enhanced understanding of powder behaviour making it possible to solve problems that are otherwise intractable, potentially transforming profitability. For nearly twenty years, we’ve learned about some of the most demanding powder processing challenges and how the FT4 Powder Rheometer has facilitated their solution. This whitepaper summarises some of the key reasons that most often justify an investment in an FT4 Powder Rheometer, highlighting the rewards made accessible by the data the instrument generates.
Introducing the FT4 Powder Rheometer
The FT4 Powder Rheometer was designed for comprehensive powder characterisation, as a tool for solving powder processing issues. It differs from other powder testers in many ways but when assessing industrial value, three features are critical:
- 圧密状態、適度な応力状態、気泡状態、流動状態の試料を試験することにより、粉体処理条件をシミュレートする能力。
- 動的流動特性、バルク特性、せん断特性を評価するための多面的な粉体特性評価を適用することで、粉体の挙動を最も包括的に理解することができます。
- 比類のない感度で、他の試験機では同一と分類される粉体も識別可能。
To find out more information about how the FT4 Powder Rheometer works then please visit the Freeman Technology website.
プレミアム製品を製造する
信頼性の高い品質管理（QC）と組み合わされた正確で明確に定義されたスペックは、マーケット・リーダーシップの基盤を提供する。
Manufacturers rely on the FT4 Powder Rheometer to determine which powder properties dictate optimal performance in an application, defining a specification to ensure excellence. By using the FT4 for product QC they also ensure exemplary consistency, with the high sensitivity of the instrument able to detect the subtlest deviation from that specification.
粉体の流動性はしばしば性能を規定するが、様々な用途で粉体は全く異なる条件にさらされる。例えば、粉末は触媒反応器や乾燥粉末吸入器で流動化されたり、顆粒、ペレット、錠剤に圧縮されたり、押し出されたりします。一般的には、連続製造プラント、積層造形機の造形プラットフォーム、複雑な金型、ブレンダーでの他の粉体との混合など、低応力条件下で精密に制御された一貫した流動を達成することが目標となります。
It is the unique ability of the FT4 to measure flowability across the diverse stress conditions encountered in everyday processing that makes it possible to develop an optimal, relevant specification for every product, regardless of application. Well-defined measurement protocols, and a high degree of automation, ease the analytical workload associated with achieving exemplary QC to maintain that specification
研究開発を加速させるために
原材料や製品の挙動を包括的かつ多面的に特性化することは、知識主導の迅速な進歩のための確実な基盤を構築する。
Researchers use the FT4 Powder Rheometer to develop the understanding required to make faster progress, by measuring the impact of variables that are otherwise inaccessible in order to rationalise complex behaviours. Learning how to control powder behaviour by manipulating physical properties such as particle size and shape, surface texture, and/or surface energy can transform the effectiveness of a research programme. Major commercial gains include abbreviated pilot trials, and the substantial prize of more rapid commercialisation.
流動床用途の粉体塗料の開発を考えてみよう。空気導入に対する粉体の反応は非常に重要であるため、低応力動的状態での挙動と流動化能力は非常に重要であると考えられる。これらは一次粒子特性から予測できる挙動ではないため、研究者には2つの選択肢がある。試行錯誤」アプローチでは、構成成分を段階的に調整し、パイロットスケールのリグで性能の定量化を繰り返す。もう一つの選択肢は、望ましい挙動を定義するバルク粉末特性を特定し、それをターゲットとする研究プログラムを実施することである。これは、測定されたバルク特性が、粉体が低応力の動的条件下でどのように流動するか、また流動化する能力、要するに粉体がプロセスでどのように挙動するかを確実に定量化できる場合にのみ可能である。一旦これらが整えば、粒子径や形態などの特性は、要求されるバルク特性を持つ粉末を製造するために指定または変更することができる。
Because FT4 measurements are sensitive to the most minor of physical changes, even subtle changes in raw materials and products can be detected and rationalised. Furthermore, the ability of the FT4 to provide comprehensive multi-faceted characterisation – via dynamic, shear and bulk powder testing – makes it relevant to the broadest range of processes and products. In combination these advantages make the FT4 a significantly more powerful research tool than other powder testers.
加工の問題を解決するために
粉のパフォーマンスが最適でない理由を理解することは、成功する改善策を開発するための第一歩である。
Process engineers use the FT4 Powder Rheometer to collect the information required for successful root cause analysis of powder processing issues, and to determine the most effective solution. Powders have a reputation for erratic and unpredictable performance, largely because it is easy to underestimate or entirely miss the significance of a process or material change. Measuring flow behaviour with high sensitivity, in combination with complementary powder properties, often identifies the source of a problem.
あるホッパーが、ある原料を使用したときだけ排出が不規則になり、別の原料を使用したときは排出が不規則になるとする。二つの粉末を分析すると、問題のある原料の流動特性は圧密後により顕著に変化することがわかる。したがって、このパウダーは充填手順に対してより敏感で、自重による圧密の結果、流動性が損なわれる可能性が高い。従って、この材料を扱う際には、ホッパーのレベルを下げ、充填をより頻繁に行うことが、潜在的な解決策になるかもしれない。
流動性はまた、あまり明らかではないが、他の様々な加工上の問題とも関連している。流動性が悪いと、例えばブレンドの均質性が損なわれたり、ダイフィリングが不十分でその後の圧縮が効果的でないために錠剤やペレットの機械的強度が損なわれたりすることがある。
In trouble-shooting, the ability of the FT4 to quantify flowability alongside other powder properties, with unparalleled sensitivity, maximises its value, with the resulting data providing the understanding needed to develop an optimal solution.
最適な機材を選ぶために
処理環境と粉体固有の特性との間の適合性が、長期間のトラブルフリー運転の鍵である。
Equipment suppliers use the FT4 Powder Rheometer to define the properties of powders that will perform well in a certain piece of equipment and to specify equipment for powders with given properties. By measuring the properties of each new powder encountered, they can develop an extensive database of materials. Correlating these properties with observed in-process performance identifies the properties of powders that are compatible with each unit. Over time this enables the efficient selection of “right first time” processing solutions which has obvious cost benefits.
パウダーは本質的に「良い」ものでも「悪い」ものでもないが、特定の加工環境に適合するかどうかは別である。あるアプリケーションにとって理想的な粉体が、別のアプリケーションにとっては最悪のシナリオになることもあります。パウダーを、そのパウダーが本質的に適している装置とマッチングさせることは、長期的で信頼性の高い製造のための強固な土台となります。
The ability of the FT4 to provide comprehensive, multi-parameter powder characterisation translates directly into a more extensive database, maximising the opportunity to build robust correlations for all types of processing equipment. High sensitivity makes it possible to detect minor differences between the suitability of different solutions ensuring that the most appropriate equipment is selected in each case
原材料供給の最適化
より信頼できる、あるいはより低コストのサプライヤーに自信を持って切り替えるには、工場に導入する前に、新しい原材料がうまく機能するかどうかを判断できるかどうかにかかっている。
Powder processors use the FT4 Powder Rheometer to develop secure specifications that robustly differentiate a poorly performing raw material from one that makes the grade. This makes it possible to select a cost effective, reliable supplier while at the same time safeguarding plant performance.
新しい原料が仕様に適合しているにもかかわらず、プロセスでの性能が低いことが判明することは、粉末加工では驚くほどよくあることである。既知の原料を使用することでリスクを軽減しようとするのは自然な反応かもしれませんが、これは生産コストに悪影響を及ぼしかねません。限られた粉体試験技術の使用は、不正確で堅牢でない仕様を生成する可能性があるため、しばしば問題の原因となる。伝統的な技術の多くは、単一の粉末特性を測定するだけで、再現性が低いことが多い。そのため、新しい原料が生成された規格を満たしていても、測定が完全に検出できなかったり、十分な精度で定量化できなかったりする差異が原因で、工程で失敗することは十分にあり得る。
The advantages of the FT4 in this area therefore closely mirror its benefits for QC. Because it can simulate the conditions in the process, the FT4 can provide more relevant and comprehensive data allowing a robust specification for a range of processes to be defined. Furthermore, the high sensitivity of the instrument makes it possible to reliably identify batches that fail to meet the specification, even if only by a small margin.
まとめ
The FT4 Powder Rheometer was conceived specifically as a dedicated, universal powder tester to enable powder processors to generate data to help solve industrial problems. This paper highlights some key areas where experience has shown it routinely proves most valuable. Industrialists invest in an FT4 as they know it will help them resolve challenges more effectively than any other tester. Experience also shows that the resulting returns far exceed the original investment.
粉体加工業者向けリソース
フリーマン・テクノロジーのウェブサイトには、以下の電子ブックを含む、すべての粉体ハンドラー向けの教育リソースが多数掲載されています：
- パウダー入門
- 粉体試験機の選択
- 粉体検査の価値
