Freeman Technology Ltd

Der Uniaxial Powder Tester (UPT)von Freeman Technology ist ein einzigartiges einachsiges Testsysem zur einfachen, sensitive und kostengünstige Pulvercharakterisierung.

Das System bietet hoch reproduzierbare verlässliche Messungen und somit eine robuste kosteneffiziente Alternative zu traditionellen Pulvertest Technologien.

Uniaxiale Tests beinhalten die Konstruktion einer geschlossenen (gespannten) Pulversäule und die nachfolgender Entfernung der umgebenden Hülse mit minimaler Störung der kompaktierten Säule.

Bevor die Säule dann durch Anlegen der Vertikalspannung gebrochen wird,um die ungespannte Fließgrenze (unconfined yield strength , UYS), direkt zu messen . Diese Technik kann daher verwendet werden, um die Fließfähigkeit von Pulvern zu bewerten und zu messen. Der UPT quantifiziert auch wichtige grundlegende Pulvereigenschaften einschließlich Schüttdichte und Kompressibilität .

Denn bei kohäsiven Pulver sind die interpartiklären Kräfte relativ stark, woduch die Teilchen dazu tendieren aneinander zu haften anstatt sich relativ zueinander zu bewegen. Im Gegensatz dazu sind in rieselfähige Pulver die Kräfte zwischen den Teilchen deutlich schwächer.

Die einachsige Prüfung ist eine direkte und zuverlässige Methode zur Messung der ungespannten Druckfestigkeit (Schüttgutfestigkeit; µUYS (σc)) und der Fließfunktion von Pulvern.

Vollautomatische Scherversuche mit dem FT4 ergänzen die Messung der dynamischen Fließfähigkeit

Die automatisierten Scherzellenmodule für das Pulverrheometer FT4 ermöglichen die Beurteilung der Scherfestigkeit eines Pulvers. Durch den Einsatz einer Scherzelle auf der hochspezifizierten FT4 Plattform können präzise und reproduzierbare Schertestdaten gewonnen werden. Dies geschieht zusätzlich zu den Daten für Schüttguteigenschaften und Fließfähigkeit, die bei einer Standardmessung mit dem FT4 zur Verfügung stehen (In Übereinstimmung mit ASTM Standard  D7891).

Für unterschiedliche Probengrößen und Anwendungen stehen verschiedene Scherzellenoptionen zur Verfügung:

• 85 ml Pulvermenge mit 48 mm Scherkopf
• 10 ml Pulvermenge mit 24 mm Scherkopf
• 1 ml Pulvermenge mit 24 mm Scherkopf

Vollautomatische Tests

• Jede Scherzelle wird mit einer Reihe von Testprogrammen geliefert, bei denen folgende Schritte vollautomatisch ablaufen:
• Der Standardkonditionierzyklus zur Vorbereitung der Probe vor der Messung
• Eine „Vorscherstufe“ bei der das Pulverbett geschert wird, um die größte Hauptspannung zu maximieren
• Eine Einzeltestreihe mit bestimmten Vorverdichtungsspannungen, die für die Pulvercharakterisierung bereits ausreichend sein kann. So kann ein Pulver z. B. auf 10 kPa vorverdichtet, und dann mit 9, 6 und 3 kPa geschert werden, wobei zwischen jedem Test eine Vorverdichtung mit 10 kPa stattfindet
• Umfassende, mehrstufige Tests zur Bestimmung mehrerer Fließorte, die verschiedenen Vorverdichtungsspannungen entsprechen. Normalerweise eignet sich die jeweilige Probe für wiederholte Scherversuche, um so die erforderlichen Fließorte bestimmen zu können. In diesem Fall verläuft die gesamte Untersuchung automatisch.

Aus dem Schertest abgeleitete Parameter:

• Fließort – Verhältnis von Scherspannung und Normalspannung
• Kohäsion– Scherspannung am Fließort bei Null Normalspannung
• Innerer Reibungswinkel
• Schüttgutfestigkeit oder Druckfestigkeit
• Größte Hauptspannung
• Fließfunktion (Diagramm: Schüttgutfestigkeit/größte Hauptspannung) Spezielle Vortiele der Freeman Scherzellen:
• Relation niedrige Kosten – da FT4 Zubehörteil
• Vorkonditionierung der Probe um ein homogenes Pulverbett zu erreichen
• Vollautomatische Schertests und Datenanalyse
• Bewertung nicht-verdichteter Pulver möglich
• Mindestprobengröße 1 ml

Das FT4 Powder Rheometer® wurde ursprünglich entwickelt, um das rheologische Verhalten oder die Fließeigenschaften von Pulvern zu charakterisiern. Dies bleibt zwar die Hauptaufgabe, doch wurde inzwischen viel Zubehör  entwickelt und Messmethoden erstellt, wodurch das FT4 nun als  universeller Pulvertester eingesetzt werden kann.

Neben der patentierten dynamischen Methode, mit der der Widerstand des Pulvers gegen das Fließen gemessen wird, während das Pulver in Bewegung ist, erlaubt das mit einer Scherzelle ausgestatte System Scherversuche. Ein sogenanntes Wandreibung Kit ermöglicht es die Scherkräfte des Pulvern an der Wand des Prozessequipments zu quantifizieren . (nach ASTM-Standard D7891 ). Zubehör zum Messen der Bulkeigenschaften, wie Dichte, Kompressibilität und Permeabilität steht zur Verfügung. Die Summe dieser Messfunktionen macht das FT4 zu einem wirklich universellen Pulvertester und zum wohl  vielseitigsten Instrument der Welt,um das Verhalten von Pulvern zu prüfen.

Das FT4 Pulverrheometer nutzt eine patentierte dynamische Methodik, automatisierte Scherzellen und verschiedene Tests zu Fließeigenschaften, darunter Dichte, Kompressibilität und Permeabilität, um Pulvereigenschaften in Bezug auf Fluss und Verarbeitbarkeit quantifizieren zu können. Freeman Systeme werden rund um die Welt in verschiedensten Industriezweigen eingesetzt – dazu gehören die chemische und pharmazeutische Industrie, Toner-Herstellung, Lebensmittel, Pulverlacke, Metalle, Keramik, Kosmetik und viele andere Branchen.

Das FT4 ist mit viel Zubehör ausgestattet.

Kits, dazu gehört eine Belüftungssteuereinheit für die Feinsteuerung zugeführter Luft für Belüftungstest um das Fließverhalten zu  bestimmen.

Ein Belüftungszusatzgerät ermöglicht das Einblasen eines fein regulierten Luftstroms in zu testende Pulver

Die Bulkeigenschaften von Pulvern werden durch eingeschlossene Luft beeinflusst, die den Raum zwischen den Partikeln ausfüllt. Die Reduzierung bzw. Hinzugabe dieses Luftgehalts kann die Fließeigenschaften eines Pulvers radikal verändern – oft um einen Faktor von 100 oder sogar 1000. Bei Belüftung reduziert sich der Kontakt zwischen den Partikeln und damit die zum Fließen des Pulvers benötigte Energie. Bei bestimmten Pulvern führt die komplette Trennung der einzelnen Partikel zu einer Fluidisierung, bei der das Pulver das Verhalten einer Flüssigkeit annimmt. Diese Reduzierung der Fließenergie wird durch den Belüftungsquotienten (Aeration Ratio - AR) charakterisiert, der mithilfe des Belüftungszusatzgeräts für das FT4 Pulverrheometer gemessen werden kann.

Das Belüftungszusatzgerät steht unter der direkten Kontrolle der FT4 Systemsteuerung und ermöglicht folgende automatisierte Tests ohne jeglichen Eingriff durch den Bediener:

• Belüftungs- oder Fluidisierungsuntersuchungen, um die Reaktion auf zunehmende Belüftung zu bestimmen – ggf. bis hin zu Fluidisierungsgeschwindigkeiten
• Luftaustreibungstests, um zu bestimmen, wie schnell ein bestimmtes Pulver eingeschlossene Luft nach einer Belüftung freigibt
• Permeabilitätsmesswerte, die aus der Messung des Druckabfalls am Pulverbett bei unterschiedlichem Verdichtungsdruck abgeleitet werden

Durch den erweiterten Einsatzbereich nach unten auf Luftgeschwindigkeiten von 0,02 mm/s bietet dieses Modul zudem eine ausgezeichnete Steuerbarkeit bei sehr niedrigen Fließraten. Dies ist wichtig für die Charakterisierung von Pulvern, die empfindlich auf kleine Luftmengen reagieren.

Freeman Technology bietet eine Reihe von Fortbildungs-Guides die sich mit der Pulvercharakterisierung für industrielle Anwendungen befassen.

Die kleinen Handbücher beinhalten wertvolle Grundlagen sowohl für  Anwender mit geringen Vorkenntnissen über Pulvern, aber sie sind auch eine nützliche Ressource für alle, die ihr Verständnis für die Faktoren, die in der Produktentwicklung und dem Verarbeitungsprozess relevant sind, erweitern wollen.

Das Verständnis des Pulververhaltens ist eine wichtige Grundlage für eine effiziente Bearbeitung. Das erste Handbuch der Serie "Eine Einführung in Pulver", konzentriert sich aus diesem Grund auf drei wichtige Komponenten des Pulvers: Die Partikel, die Umgebungsluft und eventuell vorhandene Feuchtigkeit, beschreibt deren Zusammenspiel und hilft Verständnis dafür zu entwickeln, das Pulververhalten definieren zu können. Der Text gibt Antworten auf die am häufigsten anzutreffenden Herausforderungen in der Pulververarbeitung in verschiedenen Industriezweigen. Der Guide geht auf die Bedeutung der Pulverfließfähigkeit in einer Reihe von industriellen Prozessen ein und erklärt die Bedeutung der Betriebs- und Prozessparameter im Zusammenhang mit der Pulververarbeitung.

Sind die Grundlagen des Pulververhaltens verstanden, gibt der zweite Guide Hinweise zur Auswahl der passenden Prüftechnik für verschiedene Pulverarten, indem er auf die Stärken und Schwächen der jeweiligen Technologie für bestimmte Anwendung eingeht. "Die Wahl eines Powder Testers“ adressiert wichtige Fragen, die sich Ingenieure in der Pulververarbeitung stellen, bevor sie in Geräte zur Pulverprüfung investieren. Dazu gehören: welche Pulvertestverfahren stehen zur Verfügung, auf was sollten Pulververarbeitet bei der Auswahl eines Prüfverfahrens achten und welche Eigenschaften sind es, die das gewünschte Pulver genau zu dem machen, wieso es für die spezielle Anwendung besonders gut geeignet ist.

Es ist auch von Bedeutung, die potenziellen wirtschaftlichen Vorteile, die ein Pulvertester liefern kann zu beurteilen. Band drei, "Der Wert des Powder Testings“ beleuchtet Schlüsselfragen die mit einer solchen Anlage verbunden sind. Dazu gehören: worin liegt der Wert von Pulvertestdaten, wie liefert die Pulverprüfung eine ökonomische Rendite, wie erkennen ich den Wert der Pulverprüfung für einen bestimmten Prozess oder für die Entwicklung im F&E-Labor. Das Handbuch enthält außerdem Fallstudien, um zu zeigen, wie man potenzielle ROIs abschätzen kann.

Jeder Guide ist leicht verständlich zu lesen und stützt sich auf 15 Jahre Erfahrung in der Pulvercharakterisierung.

Lenterra Systeme zur Fließfähigkeitsmessung bieten Lösungen zur in-line, Echtzeit–Durchflussmessung, um das Prozessverständnis zu verbessern und die Herstellungseffizienz und Qualität in zahlreichen Industriezweigen zu erhöhen. Die wichtigsten Produkte sind die Drag Force Flow Sensoren (DFF; Strömungswiderstandssensoren) und die RealShear™ Wall Shear Stress  Sensoren (WSS- Wandschubspannungssensoren). Durch faseroptische Technologie liefern sie wichtige Informationen, ohne den Herstellungsprozess zu unterbrechen

Der DFF ist auf einer stationären Basis montiert ist, und enthält zwei faseroptische Dehnungseichmaße, die mit einem optischen Interrogator über ein Glasfaserkabel verbunden sind. Beim Eintauchen biegt sich der DFF-Sensor unter der Kraft der Strömung und quantifiziert so den Strömungswiderstand, woraus der Benutzer in-prozess Eigenschaften des Materials bestimmen kann.

Der RealShear ™ WSS Sensor ist bündig an ein Rohr oder eine Gefäßwand montiert und ermöglicht so die direkte Messung der Schubspannung eines Teilstromes, der Strömungsgeschwindigkeit und der Viskosität während des Fließens oder des Mischens, ohne den Prozess zu unterbrechen und ermöglicht so sofortige Prozessanpassungen.Der Real Shear WSS nutzt ein schwimmendes Element  das an einem einseitig befestigten Fühler angebracht ist, der die Scherkraft an das Fibre-Bragg-Gitter überträgt. Die Änderung der Wellenlänge ist proportional zur Schubspannung.

Die ermittelten Daten helfen, Zykluszeiten zu optimieren, Kosten zu senken und Produktivität zu erhöhen und sorgen für gleichbleibende Qualität.