时间的凝固
时效硬化是指材料在静置过程中内部强度的提高。这种效应即使在没有额外外部机械载荷的情况下也会发生,例如仅受自重或环境条件的影响。其成因在于材料内部随时间变化的物理或化学结构变化。
在过程工程中,时效硬化主要对细粒粉末、散装物料、糊状物及高塑性物质具有重要意义。例如,对湿度敏感的粉末、新鲜研磨的糖、面团、糊状混合物,以及含有淀粉、纤维素衍生物或增稠剂的产品。散装物料在筒仓或IBC容器中储存时,可能会发生压实、结桥或“结块”,从而丧失流动性。
时间硬化现象的成因多种多样。其中包括颗粒和分子的重排、晶界处的接触硬化、液桥的形成、结晶过程或物理交联机制。时间硬化通常伴随着表观粘度的增加、屈服强度的升高或剪切阻力的增大。
σc= f(σ1)
- σ1 是主固结应力。这是散料先前所承受的最大正应力
- σc 是单轴抗压强度。这是材料在仅受单向载荷作用下,在“断裂”前所能承受的最大压应力。
- ffc 是流动性能指数
一个常用的指标是流动性能指数(ffc)。ffc 值越大,流动性越好
ffc = σ1 / σc
在实际应用中,经验描述可作为“拟合模型”用于确定强度增长率σc(t)。
σc(t) ≈ σc(t0) · (t/t0)n
- t0:是指已知强度 σc(t0) 的初始时间,例如1小时后
- n 是一个无量纲指数,用于表示强度随时间增加的速率;它通过测量数据拟合得出,且因材料和条件而异
时效硬化会影响混合、输送、储存和计量过程。停机后发生硬化的产品,在重新启动时需要更大的扭矩、更强劲的驱动装置或特殊的卸料辅助装置。在设计、工艺控制和选择出料装置时,必须将这一效应纳入考量。通过缓慢且无死角的运动,可以完全避免时间固化。amixon®的Gyraton®筒仓混合机是解决这一问题的绝佳技术方案。