はじめに
粉体、粉粒体は砂や小麦粉のような目に見えるごく身近なものから、表面加工、３Dプリンタの材料としてさまざまなところで存在し使用されております。粉体を用いた製品は、その粉体物性により製品性能、生産性に影響を与えます。本内容は、粉粒体の性質や粒子径・形状、流動性、水分吸脱着、濡れ性等について記します。
粉体物性について
物性を把握することで製品品質の保証やハンドリングトラブルの回避が可能となります。 粉体物性は次のように、基礎的な１次物性から２次、３次物性に分けられます。
１次物性は、基礎物性で、粒子径、分布、形状、比表面積、密度などです。
２次物性は、構造、凝集力等の１次と２次物性の中間の性質です。
３次物性は、粉体プロセスで発生する物性や現象です。流動性、安息角、フラッシング、マスフロ―などが挙げられます。
＊入門粉体トラブル工学より
粒子径・形状
製品性能に直結する最も重要な項目です。製品により粒子径と分布、形状を制御する必要があります。ある粒子径の粉体を製品として販売している場合は粒子径把握は当然必要です。粉体を塗布する場合、粒子径は均一であることが望ましいです。セラミックスでは粗大粒子がクラックの原因になります。ペレットでは形状制御も重要です。また粒子径と形状は流動性にも関わります。
乾燥粉体の粒子径分布測定法には、ふるい、レーザー回折式、動的画像式などがございます。粒子径測定機として主流はレーザー回折式です。レーザーを粉体にあてた時に粒子径に依存してレーザーの回折パターンがかわることを利用した原理で、多くの粒子数を測定するため全体の粒子径分布を得やすい利点があります。近年では動的画像式が人気があります。この方法は、流れている粒子を連続的にカメラで撮影し粒子径を求めるもので、個数測定による高分解能な粒子径測定に加え、形状評価もできる利点がございます。弊社では、レーザー回折式、動的画像式の粒子径測定装置を扱っております。
下記リンクに詳細がございます。ご参照ください。
粒子径分布測定について
動的画像解析式装置の原理や特徴
弊社取り扱い装置：XPT粒子径解析システム、プローブ式粒子径測定装置SOPAT、レーザー回折式粒子径分布測定装置Bettersizer2600
粉体流動性
流動性はハンドリング性や、小分け包装、鋳型に流しいれる際の充填量等に影響する因子です。注意すべき点は、粉体は環境により変わりやすい傾向があることです。例えば表は粉体の存在環境における挙動の例です。貯蔵で加圧されると粉体は固体のようになり、反対に早く動く場合は液体のように流れます。
評価法としてよく用いられているものは安息角測定や流出速度測定（オリフィス流れ、カーニーフロー）などです。
流出速度測定
一定量の粉体が流れる速度を測定する方法です。ファンネルや筒に粉体を一定量投入し下の容器にすべて流れるまでの時間を測定します。単位時間当たりの重量で示されます。秤を組み合わせて連続的に流れ量を測定することも可能です。流速が速い方が流動が良いという評価です。流れだしてからの流動を簡便に評価できます。サンプル排出口から粉体が排出される必要があるため流動が良い粉体が対象です。人為誤差が含まれやすい測定でもあります。
流動性指数（Carrの指数）
安息角、タップ密度計を用いた圧縮度、スパチュラ角、凝集度の測定結果を指数化して、各指数の合計点から総合的な流動性指数として評価するCarrの指数を用いた評価法も有名です。しかし複数の測定を行うため手間がかかります。
(弊社では流動性指数評価、噴出性指数等が可能なPowder Pro A1 自動粉体特性試験機や、タップ密度計、安息角計単体製品を扱っております。）
下記リンクに詳細がございます。ご参照ください。
粉体の基本的な物理的特性評価
しかし、粉粒体挙動は粉粒体が置かれる環境で変わりやすく標準法だけでは流動評価が十分ではないことがよくあります。標準法では評価できない流動性には加圧下の測定や動的な測定があります。加圧下の測定は、貯蔵状態により加圧された状態そのものの測定です。方式にはせん断セル法があります。より簡便な方法として一軸圧密式もございます。
動的な測定には容器に入った粉体にプロペラを差し込みトルク抵抗を見るものや、ドラム中に粉体を入れ回転させたときの粉体の動きを解析するものがございます。
弊社では加圧下の測定では、せん断式、一軸圧密式があり、動的な測定では回転ドラム式がございます。以下のebookに加圧下、動的な流動性の説明と、評価法や事例の詳細を掲載しております。
関連製品：回転ドラム式 粉体流動性測定装置Revolution 一軸圧密式 粉体流動性テスター
【eBook】FlowBullentin3. 粉粒体物質の挙動と静的・動的な試験法
粉粒体の挙動は環境で変りやすい性質があり、ハンドリング、製品品質に影響を与えます。粉粒体の挙動の特徴についての詳細や、静的・動的な流動性試験法を紹介します。
【eBook】粉体のケーキング、凝集状態と試験法～軸圧密式、回転ドラム式による評価試験～
粉体に圧力がかかることによるケーキング、固結の評価は、安息角等の標準的な簡易法では評価できません。ケーキングと弊社装置による評価装置、評価アプローチを紹介いたします。
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