Удельная поверхность воздухопроницаемости

Удельная поверхность воздухопроницаемости порошкового материала представляет собой однопараметрическую меру крупности порошка. определяется Удельная поверхность сопротивлением потоку воздуха (или другого газа) через пористый слой порошка. Единицы СИ : м. ²·кг ⁻¹ («удельная масса поверхности») или м ²·м ⁻³ («объемная удельная поверхность»).

Значение

Размер частиц или тонкость порошковых материалов очень часто имеет решающее значение для их характеристик.

Измерение воздухопроницаемости может быть выполнено очень быстро и не требует воздействия на порошок вакуума или газов или паров, как это необходимо для метода БЭТ для определения удельной площади поверхности . Это делает его очень экономичным, а также позволяет использовать его для материалов, которые могут быть нестабильными в вакууме.

Когда порошок химически реагирует с жидкостью или газом на поверхности его частиц, удельная поверхность напрямую связана со скоростью реакции. Поэтому измерение важно при производстве многих обрабатываемых материалов.

В частности, воздухопроницаемость почти повсеместно используется в цементной промышленности как показатель крупности продукта, которая напрямую связана с такими свойствами, как скорость схватывания и скорость набора прочности.

Другие области, в которых воздухопроницаемость использовалась для определения удельной площади поверхности, включают:

Краска и пигменты
Фармацевтика
Металлургические порошки, в том числе спеченные металлические фильтры.

В некоторых областях, особенно в порошковой металлургии, интересующим параметром является число Фишера . Это эквивалентный средний диаметр частиц при условии, что частицы имеют сферическую форму и одинаковый размер. Исторически число Фишера получали путем измерения с помощью Sub-sieve Sizer Fisher , коммерческого прибора, содержащего воздушный насос и регулятор давления для установления постоянного расхода воздуха, который измеряется с помощью расходомера. Ряд производителей производят эквивалентные инструменты, и число Фишера можно рассчитать на основе значений удельной площади поверхности воздухопроницаемости.

Методы

Измерение заключается в упаковке порошка в цилиндрический «слой» с известной пористостью (т.е. объем воздушного пространства между частицами, разделенный на общий объем слоя). По длине цилиндра кровати создается перепад давления. Результирующий расход воздуха через слой дает удельную поверхность по уравнению Козени – Кармана : ^{[ 1 ]}

S={\cfrac {7d}{\rho \,(1-\epsilon \,)}}{\sqrt {\dfrac {\epsilon \,^{3}\pi \,\delta \,P}{l\eta \,Q}}}

где:

S – удельная поверхность, м ²·кг ⁻¹

d – диаметр цилиндра, м

ρ – плотность частиц образца, кг·м ⁻³

ε – объемная пористость пласта (безразмерная)

δP – перепад давления по пласту, Па

l – длина цилиндра, м

η – динамическая вязкость воздуха, Па·с

Q – расход, м ³·с ⁻¹

Видно, что удельная поверхность пропорциональна корню квадратному из отношения давления к расходу. Были предложены различные стандартные методы:

Поддерживайте постоянный расход и измеряйте падение давления.
Поддерживайте постоянный перепад давления и измеряйте расход.
Разрешите варьировать оба показателя, определив соотношение исходя из характеристик аппарата.

Метод Лии и Медсестры

Второй из них был разработан Леа и Нерс. ^{[ 2 ]} Станина имеет диаметр 25 мм и толщину 10 мм. Желаемая пористость (которая может варьироваться в диапазоне от 0,4 до 0,6) достигается путем использования рассчитанного веса образца, спрессованного точно до этих размеров. Требуемый вес определяется:

M={\tfrac {\pi }{4}}\,d^{2}l\rho \,(1-\epsilon \,)

Расходомер, состоящий из длинного капилляра, соединен последовательно с слоем порошка. Падение давления на расходомере (измеряемое манометром ) пропорционально расходу, а константу пропорциональности можно измерить путем прямой калибровки. Перепад давления на слое измеряется аналогичным манометром. Таким образом, требуемое соотношение давления/расхода может быть получено из соотношения показаний двух манометров, и при его использовании в уравнении Кармана получается «абсолютное» значение площади воздухопроницаемой поверхности. В аппарате поддерживают постоянную температуру и используют сухой воздух, так что вязкость воздуха можно получить по таблицам.

Метод Ригдена

Это было разработано ^{[ 3 ]} в стремлении к более простому методу. Кровать соединена с U-образной трубкой широкого диаметра, содержащей жидкость, например керосин . При повышении давления в пространстве между U-образной трубкой и слоем жидкость вытесняется вниз. Уровень жидкости тогда действует как мера как давления, так и объемного расхода. Уровень жидкости повышается по мере просачивания воздуха через слой. Время прохождения уровня жидкости между двумя заранее установленными отметками на трубке измеряется секундомером. Среднее давление и средний расход можно определить исходя из размеров трубки и плотности жидкости.

В более поздней разработке использовалась ртуть в U-образной трубке: из-за большей плотности ртути аппарат мог быть более компактным, а электрические контакты в трубке, соприкасающиеся с проводящей ртутью, могли автоматически запускать и останавливать таймер.

метод Блейна

Это было разработано ^{[ 4 ]} независимо Р. Л. Блейном из Американского национального бюро стандартов и использует небольшой стеклянный керосиновый манометр для всасывания слоя порошка. Он отличается от других методов тем, что из-за неопределенности размеров трубки манометра абсолютные результаты не могут быть рассчитаны по уравнению Кармана. Вместо этого прибор должен быть откалиброван с использованием известного стандартного материала. Оригинальные стандарты, предоставленные NBS, были сертифицированы по методу Леа и Нерса. Несмотря на этот недостаток, метод Блейна стал наиболее широко используемым для цементных материалов, главным образом из-за простоты обслуживания аппарата и простоты процедуры. ^{[ 5 ]}

См. также

Поправка Клинкенберга

Ссылки

^ Карман ПК, J.Soc.Chem.Ind. , 57 , с 225 (1938)
^ Леа FM, медсестра RW, J.Soc.Chem.Ind. , 58 , с 227 (1939)
^ Ригден П.Дж., J.Soc.Chem.Ind. , 62 , стр 1 (1943)
^ Блейн Р.Л., Bull.Am.Soc.Test.Mater. , 123 , с 51 (1943)
^ например ASTM C 204. , Стандартный метод испытаний

[1] Карман ПК, J.Soc.Chem.Ind. , 57 , с 225 (1938)

[2] Леа FM, медсестра RW, J.Soc.Chem.Ind. , 58 , с 227 (1939)

[3] Ригден П.Дж., J.Soc.Chem.Ind. , 62 , стр 1 (1943)

[4] Блейн Р.Л., Bull.Am.Soc.Test.Mater. , 123 , с 51 (1943)

[5] например ASTM C 204. , Стандартный метод испытаний

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]