Measuring Powder Flow Properties and Powder Flowability

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Freeman Technology liefert Systeme zur Messung der Fließeigenschaften von Pulvern. Ganz gleich, ob Ihr Interesse der Entwicklung, dem Scale-Up, der Prozess- oder Qualitätskontrolle gilt, in jedem Fall sind Messung und Verständnis der Pulverfließfähigkeit äußerst sinnvoll.

Mit 10 Jahren Erfahrung in Sachen Pulverfließverhalten und Pulvercharakterisierung bietet Freeman Technology viel Anwendungs-Know-How für seinen universellen Pulvertester, das FT4 Pulverrheometer und ist damit weltweit führend, wenn es um Technologien und Lösungen zur Pulvercharakterisierung geht. Das FT4 nutzt eine patentierte dynamische Methodik, automatisierte Scherzellen und verschiedene Tests zu Fließeigenschaften, darunter Dichte, Kompressibilität und Permeabilität, um Pulvereigenschaften hinsichtlich Fluss und Verarbeitbarkeit quantifizieren zu können.

Umfassende Anwendungskenntnisse in allen pulververarbeitenden Industriezweigen sorgen dafür, dass das FT4 als bewährte Lösung für viele industrielle Herausforderungen gilt - von der Formulierung bis zur Tablettenherstellung und Siloauslegung.

Aus der Verarbeitungsperspektive betrachtet sind Produktivität und Qualität universelle Ziele. Bei Anlagen, die Pulver verarbeiten, können die Eigenschaften des Pulvers einen großen Einfluss auf die Prozesseffizienz haben. Daher ist das Verständnis von Pulverfluss und Pulvereigenschaften äußerst wichtig. Beispiele für Fragen, die im alltäglichen Verarbeitungsablauf auftreten können, sind:

  • Warum gibt es ein Problem mit dieser Charge?
  • Wie wird sich ein alternatives Ausgangsmaterial verhalten?
  • Lässt sich dieses Pulver problemlos per Straße transportieren?
  • Kann die Pulverfließfähigkeit durch Hinzugabe eines Fließhilfsmittels verbessert werden?
  • Ist dieses neue Pulver für die vorhandene/neue Prozesslinie geeignet?
  • Wie leicht kann eingeschlossene Luft aus diesem Pulver entweichen?
  • Lässt sich dieses Pulver gut dosieren?

Ein Verständnis des Pulververhaltens ist auch in anderen Zusammenhängen wichtig. Zum Beispiel bei der Optimierung von Rezepturen, um günstige Verarbeitungseigenschaften und Kriterien für die Qualitätskontrolle zu schaffen, damit die Pulverfließleistung auf allen Stufen der Fertigung überprüft werden kann.

Unsere Aufgabe ist die Zusammenarbeit mit der Industrie bei der Beantwortung der oben exemplarisch formulierten Fragen – mit Hilfe des FT4 Pulverrheometers. Falls dies Ihr Interesse geweckt hat - lesen Sie bitte weiter.

Die Pulververarbeitung ist anspruchsvoll und oft auf sehr erfahrene Bediener angewiesen, um Probleme zu überwinden und dafür zu sorgen, dass Produktionsziele erreicht werden. Bestimmte Formulierungen sind leicht zu verarbeiten, andere wiederum sind problematisch. Die Variabilität von Charge zu Charge gehört bei bestimmten Produkten zum Alltag, so dass sich oft aus langjähriger Erfahrung Mittel und Wege zur Lösung dieser Probleme ergeben haben.

Die Lösung der Verarbeitungsprobleme ermöglicht zwar eine Fortsetzung der Produktion, liefert aber in der Regel nicht das Verständnis, warum Probleme bei der Pulverfließsteuerung auftreten - was war die Ursache? Zwangsläufig tauchen diese Probleme immer wieder auf, so dass die Prozesseffizienz laufend in Frage gestellt wird.

Aus unserer Sicht ist ein Lernen aus dieser Erfahrung und ein Verständnis der eigentlichen Ursachen von Verarbeitungsproblemen nun möglich. Dies kann durch Messung der Pulvereigenschaften von solchen Pulvern erfolgen, die gut fließen und die nicht so gut fließen. Gleiches gilt für unterschiedliche Formulierungen und Materialchargen. Auf diese Weise können wir die optimalen Pulvereigenschaften für jeden Fertigungsabschnitt bestimmen, ganz gleich ob es sich um einen Trichter oder eine Tablettenpresse handelt. Die Kompatibilität einer neuen Formulierung mit jeder Komponente der Produktionsanlage kann dann mit Zuversicht bestimmt werden.

Pulver sind Mischungen aus Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, meist Luft, und das Fließverhalten (Rheologie) kann von vielleicht 100 oder mehr Faktoren beeinflusst werden. Dazu gehören Partikeleigenschaften wie Größenverteilung und Form, Umweltfaktoren wie Luftanteil, Temperatur und Vibrationen sowie chemische Wechselwirkungen wie jene, die z. B. Verbackungen produzieren.

Die Fließfähigkeit des Pulvers hängt von all diesen Faktoren ab und gibt an, wie leicht ein Pulver fließen wird. Generell sind Pulver entweder kohäsiv oder nicht kohäsiv. Ein frei fließendes Pulver ist nicht kohäsiv – die Partikel sind getrennt und können sich einzeln bewegen (sofern sie nicht eingeschlossen sind) - zum Beispiel wenn trockener Sand ausgeschüttet wird. Jedoch kann ein solches Pulver leicht Luft aufnehmen und sogar fluidisieren, so dass die Kontrolle innerhalb des Prozesses schwierig oder womöglich gefährlich wird. „Gut“ und „schlecht“ sind relative Begriffe in der Pulververarbeitung.

Kohäsive Pulver sind nicht frei fließend. Ihre Partikel ziehen sich gegenseitig an und es ist ein zusätzlicher Energieaufwand erforderlich, damit sie scheren oder fließen. Die Agglomerate bilden Lufteinschlüsse, die das Pulver schwammig und kompressibel machen. Dagegen sind sie staubfrei, neigen nicht zur Segregation, leiden kaum unter Abrieb und können nicht fluidisieren – allesamt Faktoren, die durchaus von Vorteil sein können. In einer geschlossenen, leicht unter Druck stehenden Umgebung können sie - im Gegensatz zu frei fließenden, groben Materialien – besser um Ecken fließen (z. B. in die Nischen von Formen). Allerdings sind kohäsive Pulver haftend und fließen ungern aus Trichtern oder in Vertiefungen auf Dosieranlagen. Im Allgemeinen sind sie bei der Verarbeitung problematischer.

Um zusammenzufassen: Qualität und Produktivität hängen davon ab, dass die Eigenschaften von Pulver und Fertigung aufeinander abgestimmt sind. Dies wiederum erfordert eine umfassende Kenntnis von Pulvereigenschaften und Verhalten.

Das FT4 hat sich zu einem wirklich universellen Pulvertester entwickelt, der die Messung von Pulverfließfähigkeit, Schüttguteigenschaften und Scherverhalten in einem Gerät vereinigt. Diese patentierte dynamische Messung der Fließfähigkeit wurde von Freeman in Pionierarbeit geleistet und nun durch die Entwicklung einer ganzen Reihe an hochpräzisem Zubehör ergänzt.

Während der dynamischen Prüfung werden die Rotations- und Axialkräfte an einer spiralförmigen Schaufel gemessen, während diese die Probe durchläuft. Aus diesen Daten wird der zugrunde liegende Energiefluss ermittelt und als Maß der Rheologie bzw. des Pulverflusswiderstands herangezogen. Ein einzigartiger Konditionierungsschritt eliminiert den Einfluss der Verarbeitungshistorie, so dass äußerst reproduzierbare Basisberechnungen für belüftete, konditionierte und konsolidierte Proben erzeugt werden können.

Die Kombination aus dynamischer Messung mit Schüttgut- und Schereigenschaften ermöglicht die Charakterisierung von Pulvern durch eine Reihe von ergänzenden Methoden. So können zum Beispiel Schüttdichte, Permeabilität und Kompressibilität leicht bestimmt werden. Das umfangreiche Scherzellenzubehör liefert präzise, konventionelle Scherspannungsdaten für Proben bis hinab auf 1 ml.

Alle Tests sind automatisiert und nutzen diese einzigartige Konditionierungsmethodik, so dass eine außergewöhnlich hohe Reproduzierbarkeit der Daten erreicht wird. Es stehen verschiedene Testprogramme zur Verfügung; die Testdaten selbst werden in einem binären Datei-Format sicher gespeichert.

Mit dem FT4 können Sie:

  • Die Fließfähigkeit von konditionierten, konsolidierten und mit Luft durchsetzten Pulvern studieren
  • Schüttdichte, Permeabilität und Kompressibilität messen
  • Hochpräzise Scherfestigkeitsdaten erzeugen
  • Die Auswirkungen auf die Fließfähigkeit durch viele Variablen wie z. B. Feuchtigkeit, Segregation und Reibung quantifizieren
  • Formulierungen optimieren
  • Eine Datenbank mit Pulvereigenschaften für alle Ihre Pulver erstellen
  • Die Verarbeitbarkeit vorausberechnen
  • Abnormales Verhalten von Prozessen analysieren
  • QC-Kriterien für Rohstoffe, Zwischenprodukte und Endprodukte festlegen
  • Optimale Eigenschaften für jede Komponente der Produktionsanlage bestimmen

Die meisten pulververarbeitenden Unternehmen verfügen über umfangreiche Erfahrung, welche Pulverarten problemfrei sind und welche bei Lagerung, Handhabung und Verarbeitung die meisten Schwierigkeiten verursachen. Jedes Material kann nach seiner Verarbeitbarkeit eingestuft werden, um diese dann mit den gemessenen Fließeigenschaften zu korrelieren. Hieraus ergeben sich viele Vorteile – die Variabilität einzelner Chargen kann methodisch untersucht, und neue Formulierungen können hinsichtlich ihrer Kompatibilität mit der vorhandenen Aufbereitungsanlage bewertet werden.

Zusammenfassend ist die Abstimmung von Pulvereigenschaften und Produktionsanlage der Schlüssel zur Erzielung hoher Produktivität und guter Produktqualität.

Pulver sind unser Geschäft. Wir verkaufen zwar einen universellen Pulvertester auf den wir enorm stolz sind, aber wir sind auch Pragmatiker und verstehen, dass es für Sie um die Lösung alltäglicher Verarbeitungsprobleme geht.

Bei neuen Kunden untersuchen wir alle prozessbezogenen Problempunkte und führen normalerweise einige Probenmessungen durch, um Ihnen mehr über Ihre Pulver sagen zu können. Wir stellen Ihnen die Ergebnisse vor und erklären, in welchem Verhältnis diese zum Materialverhalten während der Verarbeitung stehen.

Wenn Sie von unserer Leistung überzeugt sind und ein FT4 erwerben möchten, begleiten wir Sie mit vorbildlichem Service während der Installation, Inbetriebnahme und Schulung. Regelmäßige Nachbetreuung und Updates sorgen dafür, dass Sie das Beste aus Ihrem Gerät während seiner gesamten Lebensdauer erhalten.

Warum nicht die Initiative ergreifen und uns auf die Probe stellen? Erfahren Sie, was wir Ihnen über Ihre Pulver mitteilen können.

Unsere Erfahrungen in der Industrie
Das FT4 System

Fließhilfsmittel-Studien
Click for More DetailsWie pyrogene Kieselsäure als Fließ-Additiv die Fließeigenschaften von Stärke verwandeln kann (Englisch)

Probennahme
Click for More DetailsRichtlinien zur repräsentativen Probennahme von Pulvern für Pulvertests (Englisch)

Extrusion kohäsiver Pulver
Click for More DetailsWie schlecht fließende kohäsive Pulver besser fließen können, als normalerweise frei fließende Pulver (Englisch)

Powder Flow Properties Measurement using the FT4 Powder RheometerDas FT4 Pulverrheometer wurde entwickelt, um die Fließ- und Prozessfähigkeit von Pulvern zu messen.

Die Hauptvorteile sind Messung und Abstimmung der Eigenschaften von Material und Prozessanlage, um eine verbesserte Konsistenz und Effizienz der Pulververarbeitung zu erreichen.

Hintergrundinformationen hierzu finden Sie in Die Natur der Pulver und Verarbeitung von Pulvern.

 
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