在許多行業(yè)的高剪切混合操作中，粉體會與其它粉體或粘結劑相混合，形成均勻的混合物，供下游進一步處理?；旌蠙C尺寸、形狀和方法多種多樣，意味著不同機器的性能千差萬別，將產(chǎn)生不同流動性的混合物，在后續(xù)操作中的表現(xiàn)也各異。
理解任何給定單元操作對下游性能的影響有著重要意義，如果不兼容，將可能導致產(chǎn)品不符合技術規(guī)范，不適合使用目的。
要確保下游性能不受上游過程的不利影響，需要理解粉體和過程之間的相互影響。一旦理解了兩者的交互作用，就能優(yōu)化過程，得到具有所需屬性的產(chǎn)品。這樣既增效減費，又實現(xiàn)了可觀的商業(yè)效益。
處理粉體的影響
耐火磚生產(chǎn)中使用了由氧化鎂 (MgO)、石墨以及樹脂粘合劑三種材料組成的混合物。混合物的原料相同，但使用不同的混合機 (混合機1、混合機2和混合機3) 制備，觀察到不同混合物的得到最終產(chǎn)品存在質量差異?；旌衔?表現(xiàn)出最佳性能，混合物3的表現(xiàn)了最差的行為?；旌衔?代表了居中的性能。
使用FT4粉體流變儀?對三種混合物進行評估，研究其動態(tài)流動、整體和剪切特性。
FT4粉體流變儀
FT4粉體流變儀是一種通用型粉體測試儀，可自動、可靠且全面地測量過程相關材料的特性。這些信息能夠與加工經(jīng)驗相關聯(lián)，
以提高效率，幫助實現(xiàn)質量控制。FT4專于動態(tài)流動屬性的測量，
同時集成了剪切盒，并能夠測量密度、可壓性和透氣性等整體屬性，
實現(xiàn)工藝相關的粉體全面特性表征。
動態(tài)測試采用具有專利的測量技術，確定粉體的流動阻力。測試過程中特殊形狀的槳葉沿著預定路徑穿過精確定量的粉體。在軸向和旋轉移動時，作用在槳葉上的阻力和扭矩組合成流動能值。
結果
動態(tài)測試：基本流動能 (BFE)
混合物2和3產(chǎn)生的BFE值差不多，而混合物1的BFE值要高得多。
高BFE表明流動阻力大，在該例中，很可能是由于更均勻的顆粒排列結構。
整體測試：透氣性
可以清楚地觀察到與報告的過程性能相關的趨勢。
混合物1的粉床壓降最低 (透氣性最好)，而混合物3的最高。
低壓降 (高透氣性) 表示粉體更容易攜帶空氣，這有助于重力流動，促進均勻填充。
剪切盒測試
剪切應力值可觀察到微小差異，但該趨勢并不能反應所觀察的性能。另外，混合物1和3的差異很微小，也無法反應其過程性能中的顯著差異。
缺少與過程行為的相關性表明，剪切盒測試 (研究粉體在固結后如何從靜態(tài)轉變?yōu)閯討B(tài)) 可能與干燥、
輸送和填充操作中存在的高動態(tài)、低應力條件無關。
結論
FT4粉體流變儀可清晰、重復地區(qū)分三種粉體混合物，合理地解釋了觀察到的過程性能差異。透氣性所顯示的差異最大，表明在干燥和填充操作中釋放夾帶的空氣顯著影響了最終產(chǎn)品的質量。BFE也說明了混合物排列均勻，在生產(chǎn)過程中表現(xiàn)最有效。剪切盒測試只能提供有限的信息，表明剪切屬性對整體性能的影響很小。因此，可使用動態(tài)流動和整體參數(shù)預測下游工藝性能，從而根據(jù)最終混合物所需的目標屬性優(yōu)化混合操作。
粉體流動性并非材料的固有屬性，而是粉體在特定設備中以所需方式流動的能力。成功的加工過程需要粉體與工藝的完美配合，相同的粉體在一個工藝中性能良好，而在另一個工藝中卻不佳的情況并不罕見。這意味著，需要多元特性表達方法，得出的結果能夠與過程評估相關聯(lián)，找到對過程行為最有影響的參數(shù)。FT4多元法模擬一系列單元操作，從而直接研究粉體對各種工藝和環(huán)境條件的響應，而不是依靠單一的特性表征來描述所有的過程行為。
結論
FT4可識別出三種相似的處方之間存在明顯且可重復的差異，它們與配料機內的表現(xiàn)性能密切相關。比流動能和可壓性的差異非常明顯，表示機械咬合和摩擦力以及粉體內部自組結構對工藝性能具有重大影響。而剪切盒測試提供的信息有限，表明剪切屬性對整體性能的影響很小，甚至沒有影響。動態(tài)和整體性能的參數(shù)可用于構建一個與加工過程相關測試的設計空間，用作未來處方的模板，從而保證過程特性預測的準確性。
粉體流動性不是材料的固有屬性，而是粉體在特定設備中以其所需要的方式進行流動的能力。成功的加工需要粉體與過程的完美匹配，相同的粉體在一個過程中表現(xiàn)良好，而在另一個過程中卻不佳的情況并不罕見。也就是說，需要多種特性表征方法，得出的結果能夠與過程評估相聯(lián)系，從而構建對應于可接受的過程行為的參數(shù)設計空間。FT4的多變量方法并非依靠單一的表征來描述所有過程特性，而是模擬一系列單元操作，以便直接研究粉體對各種加工過程和環(huán)境條件的響應。
作者簡介 — Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
自20世紀90年代末，Tim Freeman作為粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測試儀的設計和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機構合作并參與行業(yè)活動，對促進粉體加工領域的發(fā)展做出了
杰出貢獻。
Tim擁有英國薩塞克斯大學的機電一體化學位。他是美國結構化有機微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項目組的導師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領域的行業(yè)會議。作為美國藥學科學家協(xié)會 (AAPS) 的“過程分析技術”焦點小組的前任主席，Tim是制藥技術編輯顧問委員會的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學工程師學會“顆粒技術”特別興趣小組的委員會成員、ASTM負責粉體和松裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會副主席，以及美國藥典 (USP) 通論 — 物理分析專家委員會 (GC-PA EC) 的成員。
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