новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас


контакты
поиск
   

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Порошки


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

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 критич. значения, при котором сила межчастичного взаимод. становится соизмеримой с их весом. Наиб. распространение имеют порошки с размером частиц от 1 до 100 мкм. Уд. межфазная пов-сть таких порошков меняется в широких пределах - от неск. 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 пов-стью, обусловливающей мн. свойства порошки как высокодисперсных систем, важнейшее значение имеют структурно-реологич. свойства: способность к необратимым сдвиговым деформациям (течению), образование обратимо разрушаемых контактов между частицами (структурирование) и др. Осн. реологич. характеристики порошков - предельное напряжение сдвига и эффективная вязкость. В рамках механики сплошных сред, начиная с работы К. Кулона (1773) до 2-й пол. 20 в., порошки рассматривались как пластич. тела и на основе теории пластичности были сформулированы условия мех. деформации порошки В частности, сдвиговая деформация порошков наступает при предельном напряжении сдвига т, обусловленном двумя факторами: притяжением частиц порошки друг к другу (аутогезией) и трением между частицами порошки (обычно наз. внутренним трением, но не связанным с диссипацией энергии деформирования). Согласно условию Мора-Кулона,


где С-сопротивление деформированию, связанное с аутоге-зией, a-угол внутр. трения, sн - нормальное напряжение (tg a • sн- сопротивление, обусловленное внутр. трением). Аутогезия определяется главным образом природой и силой межчастичного взаимодействия (см. Адгезия). Осн. вклад в межчастичные взаимод. в порошки дают межмолекулярные взаимодействия и электростатич. отталкивание, связанное с заряжением пов-сти при перемещениях частиц друг относительно друга и их соударениях. Роль электростатич. взаимодействия особенно важна при взаимодействии полимерных частиц.

Условие Кулона - Мора позволяет сформулировать критерий для различения "связных" порошки, в которых аутогезия велика и частицы сцеплены друг с другом, т.е. система обладает некоторой структурой, и "несвязных" порошки, 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 м. б. определено выражением:


где а-коэф. порядка единицы, характеризующий геометрию упаковки частиц, Fсв-сила связи между частицами, п число связей в единице объема, f (f) - ф-ция, 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 своб. падения),а также полагая, что для вещества плотностью r m ~ d3, можно выразить критерий связности частиц в порошки как критич 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 d dкр, несвязными порошки-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 порошки) и м.б рассчитана на основе тех или иных предположений о структуре порошки Согласно модели Ребиндера, Щукина и Марголис, при плотной кубич. упаковке сферич. 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 ф-ле:


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


Структурно-реологич. характеристики порошки можно регулировать в широких пределах, модифицируя межфазную пов-сть добавками ПАВ, изменением формы частиц и т.порошки

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


Показатель степени n-эмпирич. 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 сферич. частиц. В рамках механики мн. частиц установлено, что существует миним. вязкость (наиб. текучесть) порошки как ф-ция параметров внеш. воздействия (скорости подачи газа. амплитуды или частоты вибрации). Эти параметры являются оптимальными для мн. технол. процессов (напр., для перемешивания).

Порошкообразные материалы. В технике и технологии порошки с размером частиц от 1 до 100 мкм-минер. вяжущие (цементы, известь, гипс и т.п.), удобрения, пожаротушащие средства, твердые компоненты в произ-ве керамики, металлокерамич. изделий, наполнители для пластмасс, резин и др., а также пищ. продукты (мука, сахарная пудра, какао-порошок), лек. и косметич. ср-ва. Важнейшие технол. свойства таких материалов - сыпучесть (величина, обратная вязкости), уплотняемость (определяется кинетикой изменения объема порошки под действием динамич. нагрузки и достигаемой объемной плотностью), слеживаемость в процессе хранения (образование структур с прочностью, превышающей первоначальную). Слеживаемость порошки может быть следствием неск. факторов. Р-римые в воде порошки (напр., минер. удобрения) проявляют склонность к слеживанию при увлажнении и последующем высушивании, т. к. по достижении пересыщения раствора выделяются кристаллы, которые образуют "мостики срастания" между частицами порошки (кристаллизац. структуры; см Структурообразование). Минер. вяжущие слеживаются при длит. 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 порошки при хранении в емкости может вызываться увеличением площади контакта между частицами в результате их пластич. деформации под действием веса вышележащих слоев. Для предотвращения слеживания гигроскопичные порошки гидрофобизуют, модифицируя пов-сть 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.

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

© Н Б Урьев




выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXVII
Контактная информация