소개

이산화티타늄은 밝은 흰색과 높은 굴절률로 인해 수년 동안 다양한 산업 분야에서 안료 및 불투명제로 사용되어 왔습니다. 그러나 이러한 광범위한 사용에도 불구하고 이산화티타늄을 분말 형태로 가공하는 것은 분말의 높은 응집력 때문에 매우 까다로운 경우가 많습니다. 호퍼에서 디스펜싱, 장치 작업으로의 공급, 다른 분말과의 혼합과 같은 작업에서 이 물질을 관리할 때 특별한 조치를 취해야 하는 경우가 많습니다.

효율적인 공정에 도움이 되는 분말 특성을 파악하고 정량화하면 적합성을 평가하기 위해 공정을 통해 샘플을 실행하는 데 많은 비용을 들이지 않고도 새로운 배합을 최적화할 수 있으므로 시간과 원자재 측면에서 상당한 비용을 절감하고 사양을 벗어난 제품으로 인한 낭비를 최소화할 수 있습니다.

배치 간 변동성 평가

기존 사양을 충족함에도 불구하고 세 가지 이산화티타늄 배치가 동일한 공정에서 사용되었을 때 상당히 다른 거동을 보여 최종 제품 품질에 허용할 수 없는 편차가 발생했습니다. 다양한 기존 특성화 기법이 사용되었지만 테스트 결과의 높은 변동성으로 인해 세 가지 배치를 구분하는 데 실패했습니다.

배치 샘플은 FT4 분말 레오미터®를 사용하여 분석되었으며, 공정 성능의 변화를 합리화하고 공정 관련 측면에서 들어오는 배치의 품질을 안정적으로 평가할 수 있는 명확하고 반복 가능한 차이를 보여주었습니다.

테스트 결과

동적 테스트: 기본 유동성 에너지
샘플 B가 세 가지 재료 중 가장 높은 BFE를 생성했고 샘플 C가 가장 낮았습니다. BFE가 높다는 것은 파우더 베드가 더 효율적으로 채워진 결과이며, 이는 블레이드가 움직일 때 더 많은 파우더를 옮겨야 하고 입자가 이동할 수 있는 공간이 더 적다는 것을 의미합니다. 따라서 베드를 이동하는 데 더 많은 에너지가 필요하다는 것은 스크류 피더에서와 같이 동적이고 강제적인 흐름 조건에서 파우더가 문제가 될 수 있음을 시사합니다.

벌크 테스트: 투과성
샘플 B는 세 가지 재료 중 가장 낮은 압력 강하를 생성했고, 샘플 C는 가장 높은 압력 강하를 생성했습니다. 압력 강하가 높다는 것은 샘플을 통과하는 공기 흐름에 대한 저항이 크다는 것, 즉 투과성이 낮다는 것을 나타냅니다. 샘플 B의 낮은 압력 강하(높은 투과성)는 효율적으로 포장된 베드에서 생성되는 균일한 구조의 전형이며, 종종 응력이 낮은 환경(예: 충전 작업)에서 중력 흐름이 개선되는 것과 관련이 있습니다.

전단 셀 테스트
전단 셀 결과에서 다른 경향이 관찰되었는데, 이는 이 테스트 방법에 의해 설정된 다양한 응력 및 흐름 체계의 결과입니다. 전단 셀 테스트는 중력 호퍼 배출과 같은 작업에서 경험하는 높은 응력, 정적 조건을 나타내기 위한 것입니다. 샘플 A는 다른 두 샘플보다 훨씬 더 높은 전단 응력 값을 생성했으며, 이는 통합 보관 후 초기 흐름(정적 상태에서 동적 상태로 전환되는 현상)에 훨씬 더 강하다는 것을 나타냅니다. 샘플 B와 C는 비슷한 전단 응력 값을 생성하여 이러한 조건에서 비슷한 성능을 발휘할 것임을 시사합니다.

결론

FT4는 동적, 벌크 및 전단 특성 측면에서 세 샘플 간의 명확하고 반복 가능한 차이를 정량화했습니다. 샘플 B는 가장 높은 기본 유동성 에너지 및 투과성 값과 낮은 전단 응력 값을 생성하여 다른 샘플과 매우 다르게 작동할 것임을 나타냅니다. 샘플 A와 C의 결과는 다양한 공정에서 샘플 B보다 더 응집력 있는 거동을 나타낼 수 있음을 시사합니다: 샘플 C는 가장 낮은 BFE 및 투과성 값을 생성하여 혼합 및 충전과 같은 저응력 공정에서 가장 응집력 있는 거동을 나타내며, 샘플 A는 가장 높은 전단 응력 값을 생성하여 호퍼 배출과 같은 고응력 작업에서 흐름에 대한 저항이 가장 클 것임을 나타냅니다.

파우더 유동성은 고유의 재료 특성이 아니라 특정 장비에서 파우더가 원하는 방식으로 유동하는 능력에 관한 것입니다. 성공적인 처리를 위해서는 파우더와 공정이 잘 맞아야 하며, 동일한 파우더가 한 공정에서는 잘 작동하지만 다른 공정에서는 제대로 작동하지 않는 경우가 드물지 않습니다. 따라서 여러 가지 특성화 방법론이 필요하며, 그 결과를 공정 순위와 상호 연관시켜 허용 가능한 공정 동작에 해당하는 파라미터의 설계 공간을 생성할 수 있습니다. FT4의 다변량 접근 방식은 모든 공정의 거동을 설명하기 위해 단일 수치 특성화에 의존하는 대신 다양한 단위 작업을 시뮬레이션하여 다양한 공정 및 환경 조건에 대한 분말의 반응을 직접 조사할 수 있습니다.