粉體材料在現(xiàn)代材料研發(fā)、化工生產(chǎn)、制藥、粉末冶金等諸多領(lǐng)域都有大量應(yīng)用,評價粉體綜合物性,除粒度、比表面積之外,振實密度是一項不可忽視的指標(biāo)。和實體致密材料不同,粉體由大量離散顆粒匯集而成,不管是松散堆放還是經(jīng)過振動壓實,顆粒之間都會留存一定空隙,振實密度描述的就是盛裝于容器之內(nèi)的粉體,在規(guī)定條件完成振實之后得到的密度結(jié)果,能夠間接反映粉體的堆積能力,也可以輔助判斷粉體的部分流動特性,粉末振實密度儀就是用來實現(xiàn)該項檢測的專用儀器設(shè)備。
在粉體的實際生產(chǎn)應(yīng)用場景當(dāng)中,振實密度數(shù)據(jù)擁有較多落地用途。粉末冶金行業(yè),金屬粉末的振實密度會為模具設(shè)計、壓制工藝參數(shù)設(shè)置提供參考依據(jù);醫(yī)藥固體制劑領(lǐng)域,粉體振實密度和膠囊填充、壓片成型效果存在關(guān)聯(lián);陶瓷、涂料、建材行業(yè),各類填料粉體的振實密度,會影響配方設(shè)計、容器裝填體積核算;食品、催化劑相關(guān)粉料,也需要依靠振實密度數(shù)據(jù)完成原料品質(zhì)比對。想要獲得重復(fù)性較好的振實密度結(jié)果,除樣品本身性質(zhì)之外,儀器設(shè)備運行狀態(tài)、實驗室環(huán)境條件、操作人員的操作習(xí)慣,都會對最終結(jié)果產(chǎn)生影響,所以理解儀器檢測邏輯,把控實操環(huán)節(jié)各類管控要點,對日常檢測工作有著現(xiàn)實意義。
從檢測底層邏輯來講,粉末振實密度儀的工作過程,是借助機械機構(gòu)帶動裝有粉體的容器完成標(biāo)準(zhǔn)化振實動作,依靠振動促使筒內(nèi)粉體顆粒發(fā)生位移,排出顆粒間隙裹挾的空氣,讓顆粒重新排布,空隙不斷縮減,粉體逐步趨于密實狀態(tài)。當(dāng)振實過程結(jié)束之后,讀取粉體振實后的體積,結(jié)合粉體質(zhì)量完成密度計算。人為手動敲擊量筒的方式雖然也可以實現(xiàn)簡單振實,但是敲擊力度、敲擊頻次難以做到統(tǒng)一,不同操作人員之間操作差異大,試驗復(fù)現(xiàn)效果有限。粉末振實密度儀依靠機械機構(gòu)輸出統(tǒng)一的振實動作,把人為干預(yù)帶來的變量降低,保障同一套試驗條件之下,多組樣品檢測過程保持一致,讓試驗數(shù)據(jù)具備橫向?qū)Ρ鹊膬r值。

儀器在開展檢測工作的時候,外部環(huán)境會對整套試驗形成連鎖影響,因此需要對使用環(huán)境做出相應(yīng)約束。供電條件需要符合設(shè)備的適配要求,環(huán)境空間的濕度需要控制在合理區(qū)間,防止水汽凝結(jié)。如果環(huán)境濕度過高,吸濕性粉體顆粒表面會吸附水汽,顆粒之間黏附作用變強,粉體不容易被振實,就會造成體積讀數(shù)偏離真實狀態(tài)。實驗室空間要保持潔凈,減少漂浮煙塵,散落的粉末進入儀器運動部位,會加劇部件磨損,干擾機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)。安放儀器的實驗臺面需要保持水平穩(wěn)固,周邊要遠離其他會產(chǎn)生持續(xù)機械振動的設(shè)備,同時規(guī)避強電磁設(shè)備,外部振動會疊加儀器自身振實動作,改變粉體實際振實程度,電磁干擾則會干擾儀器電控部分信號處理,造成計數(shù)異常等現(xiàn)象,所以需要為儀器選擇干擾源少的安放位置。
該類儀器可以適配的待測粉體覆蓋金屬、非金屬以及其他多種粉末物料。金屬類包含鋁粉、鎳粉、鎢粉、銅粉以及各類合金粉末、金屬氧化物粉末;非金屬粉體涵蓋高嶺土、碳酸鈣、石墨、石英、膨潤土、硅藻土、鈦白粉等化工礦物粉料。除此之外,醫(yī)藥粉劑、食品添加劑、催化劑、磨料、水泥、泥沙等粉末類試樣,都可以采用該儀器開展振實密度測定。不同粉體物理屬性差異明顯,部分粉體顆粒細(xì)、容易團聚,部分粉體流動性較好,部分粉體容易吸水受潮,樣品預(yù)處理環(huán)節(jié)不可忽視。對于受潮的樣品,需要按照物料規(guī)范做干燥處理,冷卻之后再進行檢測;出現(xiàn)結(jié)塊團聚的粉體,要做分散處理,消除團塊對振實過程的干擾,防止量筒內(nèi)部出現(xiàn)粉體架橋現(xiàn)象,保障振實過程可以正常進行。裝樣階段,粉體裝入量筒時保持自然落入,不可人為壓實粉體,裝樣結(jié)束之后將量筒牢靠固定在儀器工位,避免振動過程容器發(fā)生位移、樣品飛濺外泄,帶來試驗誤差與樣品損耗。
試驗參數(shù)設(shè)置環(huán)節(jié),振動次數(shù)可以結(jié)合待測物料以及對應(yīng)行業(yè)測試要求進行設(shè)定。不同粉體達到密實穩(wěn)定狀態(tài)需要的振實次數(shù)并不相同,流動性好的粉體,較少次數(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)體積趨于穩(wěn)定;超細(xì)、黏性偏大的粉體,則需要更多振實循環(huán)才能夠完成密實。設(shè)置完成參數(shù)啟動儀器,設(shè)備自動執(zhí)行整套振實流程,不需要操作人員持續(xù)干預(yù),待設(shè)備完成設(shè)定振實循環(huán)自動停止之后,再取出量筒讀取粉體振實體積,結(jié)合稱量得到的樣品質(zhì)量,計算得到振實密度。為保障數(shù)據(jù)可靠性,同一樣品可以制備多組平行試樣開展測試,對多組結(jié)果做比對,判斷數(shù)據(jù)是否處在合理波動范圍之內(nèi)。
粉末振實密度儀的日常養(yǎng)護管理,是維持設(shè)備長期穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。每次試驗完成之后,需要及時清理量筒、夾具上殘留的粉末,清理散落到儀器臺面上的試樣,避免粉體侵入運動組件縫隙,造成卡滯。清潔儀器機身,不可使用大量液體沖洗,防止液體流入儀器內(nèi)部,造成電路部件損壞。移動搬運儀器的時候做到輕拿輕放,規(guī)避撞擊磕碰。日常使用留意供電線路狀態(tài),保證接線接觸良好。設(shè)備長期閑置時,放置于干燥通風(fēng)環(huán)境存放。在實際使用當(dāng)中,如果遇到設(shè)備運行相關(guān)問題,可尋求技術(shù)支持協(xié)助處理。針對部分特殊物料的測試訴求,也可以結(jié)合實際工況需求開展設(shè)備適配開發(fā),以此匹配差異化的檢測工作需要。