Home » Onderzoek & ontwikkeling » Stortgoed karakterisering » Jenike en Ring Shear Testen

Na opslag van poeder is het meestal de bedoeling het poeder weer te laten stromen of mee te geven. Bij vrij stromende materialen wordt het afschuiven van het materiaal gemakkelijk uitgevoerd. Bij meer cohesieve materialen is het initiëren van vloei moeilijker. Deze stromingseigenschappen van poeder onder geconsolideerde omstandigheden kunnen worden bestudeerd met afschuifproeven. Afschuifproeven kunnen worden uitgevoerd volgens verschillende principes en methodes.

De methode van Jenike is de meest gebruikelijke methode om de stromingseigenschappen van poeder te meten na het stromen in steady state. De methode past de geschiedenis toe op het poeder door consolidatie onder druk, waarna de resulterende bezwijksterkte wordt gemeten aan de initaite stroming, die uiteraard gerelateerd is aan de poederstroming. Op deze manier wordt de situatie in een silo of trechter gesimuleerd, waarin het poeder een bepaalde geschiedenis van afschuiving en consolidatie bovenin ondergaat, waardoor het sterk wordt wanneer het de bodem van de silo of trechter bereikt. De Jenike-schuifcel kan de interne wrijving en de wandwrijving op verschillende wandoppervlakken analyseren. Al deze informatie kan worden gebruikt om een adequaat silo-ontwerp te maken dat geschikt is voor het onderzochte product.

Een modernere versie van de benadering van Jenike om de poederstroom te meten is de ringschuifceltester, die een veel grotere verplaatsing mogelijk maakt dan de conventionele Jenikecel en die tegenwoordig vaker wordt gebruikt voor schuifonderzoek.

Gewoonlijk wordt voor onderzoek naar poederstroming door schuifproeven een monster in een ringvormige schuifcel met specifieke afmetingen geplaatst. Het monster wordt vooraf geconsolideerd door het deksel van de afschuifcel te draaien terwijl er een drukbelasting normaal op het deksel wordt uitgeoefend. Vervolgens wordt het monster met een normale belasting op het deksel van de schuifcel voorgeschoren tot een stabiele toestand is bereikt. Tenslotte resulteert het afschuiven in horizontale richting onder een verminderde belasting in een afschuifkracht die een maximumwaarde bereikt. Deze maximumwaarde is representatief en ook uniek voor een poeder onder bepaalde omstandigheden. De door Peschl ontworpen rotational split level shear tester roteert het poeder over zichzelf en produceert een koppel waaruit de afschuifspanning kan worden berekend.

De gegevenspunten (maximale afschuiving versus belasting) verkregen door afschuifproeven resulteren in een yield locus met twee Mohr-cirkels. Meerdere sets Mohr-cirkels leveren een vloeifunctie op. De combinatie van interne wrijvingsmetingen met metingen van de wandwrijving en bulkdichtheid maakt een silo/hopperontwerp mogelijk, wat resulteert in een rationele schatting van de hopperhelft en de uitstroomopening van de hoppersectie, waardoor de massastroom kan worden bepaald.  Aangezien de wandwrijving die het product ondervindt sterk afhangt van het type wandmateriaal, hebben wij wandwrijvingsdeksels van verschillende materialen beschikbaar: SS304, SS316, aluminium, staal, glasvezelversterkte kunststof en andere. Door al deze informatie te combineren kan de beste silo worden ontworpen voor een betrouwbare poederstroom.

In ons laboratorium kunnen wij ook experimenten met tijdsgeconsolideerde poederstroming uitvoeren, waarbij de opslag van het poederproduct over een langere periode wordt nagebootst. Dergelijk onderzoek levert dus meer realistische gegevens op over de poederstroming bij opslag in een silo of trechter. Bij onze afschuifproeven met een grote verscheidenheid aan materialen hebben wij vaak gezien dat de stromingseigenschappen van het poeder drastisch kunnen veranderen bij consolidatie in de tijd. Bovendien kunnen de experimenten met ringschuifproeven worden uitgevoerd onder gecontroleerde omstandigheden van temperatuur en relatieve vochtigheid, zodat ook de omgevingsomstandigheden in het onderzoek naar de poederstroming kunnen worden opgenomen. Daartoe wordt de apparatuur voor ringafschuivingstesten geplaatst in een klimaatkamer met een bepaalde temperatuur en relatieve vochtigheid. De invloed van de relatieve vochtigheid en de tijd kan een nog grotere invloed hebben op de stroomeigenschappen van het poeder. Alleen op deze manier kan een optimaal en realistisch silo-ontwerp worden nagestreefd. Deze benadering is het meest geschikt voor het ontwerpen van de poederstroom in verband met de opslag in een trechter of silo.

Recente ontwikkelingen hebben ook het gebruik mogelijk gemaakt van een poederreometer waarin een klein apparaat voor afschuifproeven kan worden opgenomen. Het belangrijkste voordeel van dit concept is dat met de poederreometer zeer kleine monstervolumes kunnen worden gebruikt voor schuifproeven. Dit kan van belang zijn voor producten die erg duur zijn of wanneer slechts een klein volume beschikbaar is.

Als de analyse van de poederstroming onder niet-geconsolideerde omstandigheden van belang is, kunnen stroming door een orifice, gebruik van een poederreheometer of onderzoek naar de stroombaarheid en overloopbaarheid met de Hosokawa-poedertester worden toegepast. Dramatische veranderingen in de poederstroming die leiden tot poedercaking kunnen worden bestudeerd met behulp van de uni-axiale compacttestmethode.