Luftpermeabilitetsspecifik yta

Den luftpermeabilitetsspecifika ytan hos ett pulvermaterial är en enparametermätning av pulvrets finhet. Den specifika ytan härrör från motståndet mot flöde av luft (eller någon annan gas) genom en porös bädd av pulvret. SI- enheterna är m ² ·kg ⁻¹ ("massspecifik yta") eller m ² ·m ⁻³ ("volymspecifik yta").

Betydelse

Partikelstorleken eller finheten hos pulvermaterial är mycket ofta avgörande för deras prestanda.

Mätning av luftpermeabilitet kan utföras mycket snabbt och kräver inte att pulvret utsätts för vakuum eller för gaser eller ångor, vilket är nödvändigt för BET-metoden för bestämning av specifik yta . Detta gör det både mycket kostnadseffektivt och gör det även möjligt att använda för material som kan vara instabila under vakuum.

När ett pulver reagerar kemiskt med en vätska eller gas vid ytan av dess partiklar, är den specifika ytan direkt relaterad till dess reaktionshastighet. Mätningen är därför viktig vid tillverkning av många bearbetade material.

I synnerhet används luftgenomsläpplighet nästan universellt inom cementindustrin som en mätare för produktens finhet, vilket är direkt relaterat till sådana egenskaper som härdningshastighet och hållfasthetsutvecklingshastighet.

Andra områden där luftpermeabilitet har använts för att bestämma specifik yta inkluderar:

Färg och pigment
Läkemedel
Metallurgiska pulver, inklusive sintrade metallfilter.

Inom vissa områden, särskilt pulvermetallurgi, är det relaterade Fisher-numret parametern av intresse. Detta är den ekvivalenta medelpartikeldiametern, förutsatt att partiklarna är sfäriska och har enhetlig storlek. Historiskt har Fisher-talet erhållits genom mätning med Fisher Sub-Sieve Sizer , ett kommersiellt instrument som innehåller en luftpump och tryckregulator för att etablera ett konstant luftflöde, vilket mäts med en flödesmätare. Ett antal tillverkare tillverkar likvärdiga instrument, och Fisher-talet kan beräknas från luftgenomsläpplighetsspecifika ytareavärden.

Metoder

Mätningen består av att packa pulvret i en cylindrisk "bädd" med en känd porositet (dvs volym av luftutrymme mellan partiklar dividerat med total bäddvolym). Ett tryckfall sätts upp längs bäddcylinderns längd. Den resulterande luftflödeshastigheten genom bädden ger den specifika ytan genom Kozeny-Carman-ekvationen :

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

var:

S är specifik yta, m ² ·kg ⁻¹

d är cylinderdiametern, m

ρ är provets partikeldensitet, kg·m ⁻³

ε är bäddens volymporositet (dimensionslös)

δP är tryckfallet över bädden, Pa

l är cylinderlängden, m

η är luftens dynamiska viskositet, Pa·s

Q är flödeshastigheten, m ³ ·s ⁻¹

Det kan ses att den specifika ytan är proportionell mot kvadratroten av förhållandet mellan tryck och flöde. Olika standardmetoder har föreslagits:

Håll ett konstant flöde och mät tryckfallet
Upprätthåll ett konstant tryckfall och mät flödet
Låt båda variera, härleda förhållandet från apparatens egenskaper.

Lea och sjuksköterska metoden

Den andra av dessa har utvecklats av Lea och Nurse. Sängen är 25 mm i diameter och 10 mm tjock. Den önskade porositeten (som kan variera i intervallet 0,4 till 0,6) erhålls genom att använda en beräknad provvikt, pressad till exakt dessa dimensioner. Den erforderliga vikten ges av:

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

En flödesmätare bestående av en lång kapillär är kopplad i serie med pulverbädden. Tryckfallet över flödesmätaren (mätt med en manometer ) är proportionellt mot flödet, och proportionalitetskonstanten kan mätas genom direkt kalibrering. Tryckfallet över bädden mäts med en liknande manometer. Sålunda kan det erforderliga tryck/flödesförhållandet erhållas från förhållandet mellan de två manometeravläsningarna, och när det matas in i Carman-ekvationen, ger ett "absolut" värde på luftpermeabilitetsytan. Apparaten hålls vid en konstant temperatur och torr luft används så att luftens viskositet kan erhållas från tabeller.

Rigden metod

Detta utvecklades i önskan om en enklare metod. Sängen är ansluten till ett u-rör med stor diameter som innehåller en vätska som fotogen . Vid trycksättning av utrymmet mellan u-röret och bädden tvingas vätskan ner. Vätskenivån fungerar då som ett mått på både tryck och volymflöde. Vätskenivån stiger när luft läcker ut genom bädden. Den tid det tar för vätskenivån att passera mellan två förinställda markeringar på röret mäts med stoppur. Medeltrycket och medelflödet kan härledas från rörets dimensioner och vätskans densitet.

En senare utveckling använde kvicksilver i u-röret: på grund av kvicksilvrets större densitet kunde apparaten vara mer kompakt, och elektriska kontakter i röret som berör det ledande kvicksilvret kunde automatiskt starta och stoppa en timer.

Blaine metod

Detta utvecklades oberoende av RL Blaine från American National Bureau of Standards, och använder en liten fotogenmanometer i glas för att applicera sug till pulverbädden. Det skiljer sig från ovanstående metoder genom att, på grund av osäkerheten i dimensionerna på manometerröret, absoluta resultat inte kan beräknas från Carman-ekvationen. Istället måste apparaten kalibreras med ett känt standardmaterial. De ursprungliga standarderna, som tillhandahålls av NBS, var certifierade enligt Lea and Nurse-metoden. Trots denna brist är Blaine-metoden nu den överlägset vanligaste för cementmaterial , främst på grund av det enkla underhållet av apparaten och enkelheten i proceduren.

Se även

Klinkenbergs rättelse

^ Carman PC, J.Soc.Chem.Ind. , 57 , s 225 (1938)
^ Lea FM, sjuksköterska RW, J.Soc.Chem.Ind. , 58 , s 227 (1939)
^ Rigden PJ, J.Soc.Chem.Ind. , 62 , s 1 (1943)
^ Blaine RL, Bull.Am.Soc.Test.Mater. , 123 , s 51 (1943)
^ t.ex. ASTM standardtestmetod C 204

[1] Carman PC, J.Soc.Chem.Ind. , 57 , s 225 (1938)

[2] Lea FM, sjuksköterska RW, J.Soc.Chem.Ind. , 58 , s 227 (1939)

[3] Rigden PJ, J.Soc.Chem.Ind. , 62 , s 1 (1943)

[4] Blaine RL, Bull.Am.Soc.Test.Mater. , 123 , s 51 (1943)

[5] t.ex. ASTM standardtestmetod C 204