Pendahuluan
Secara umum, serbuk pada umumnya dilihat sebagai bahan yang terdiri atas partikel. Namun demikian, serbuk juga mengandung udara (di antara partikel-partikelnya), dan juga kelembapan, karena partikel-partikelnya bisa menyerap air jika disimpan dalam suasana yang lembap. Ketiga komponen tersebut (partikel, udara dan air) memengaruhi pemrosesan serbuk. Sebagai contoh, partikel yang sangat halus dengan afinitas tinggi terhadap air dapat mengeras selama produksi, penyimpanan, atau pengangkutan, sehingga memengaruhi kemampuan mengalir bubuk, dan dengan demikian menyebabkan waktu pemrosesan yang lebih lama.
Eksperimental
Rheometer rotasi Kinexus membandingkan kemampuan alir serbuk yang berbeda dalam pengukuran yang cepat dan mudah dilakukan, dengan menggunakan metode Freeman [1]. Untuk itu, sebuah cangkir dan geometri atas 2 bilah digunakan (gambar 1). Kontrol suhu dipastikan oleh kartrid silinder, di mana geometri bawah (cangkir) dimasukkan. Karena hasilnya sangat bergantung pada pengkondisian bubuk, maka sangat penting untuk menyiapkan sampel yang berbeda pada kondisi yang sama persis: Jumlah sampel yang sama, parameter pra-pengkondisian yang sama (misalnya, kecepatan dan waktu rotasi yang ditentukan).
Kondisi Pengukuran
Dalam metode berikut ini, kemampuan mengalir dari dua serbuk pelumas yang berbeda (diberi label 1 dan 2) dibandingkan. Selama pengukuran, dayung 2 bilah turun dengan kecepatan yang ditentukan ke dalam cangkir yang berisi sampel hingga benar-benar terbenam dalam bubuk, lalu dayung naik, kembali ke posisi awal. Kecepatan rotasi terkontrol diterapkan sebagai tambahan pada kecepatan aksial. Tabel 1 merangkum kondisi pengujian.
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Perangkat | Kinexus ultra+, kartrid silinder |
|---|---|
| Geometri atas | Pengaduk dengan sistem 2 bilah yang dapat dipertukarkan |
| Geometri bawah | Cawan terbuat dari aluminium, diameter 37 mm |
| Kecepatan aksial | 1 mm ∙ s-1 (TURUN), -1 mm ∙ s-1 (NAIK) |
| Kecepatan rotasi | 5 rad∙s-1 |
| Celah | 70 mm hingga 35 mm (TURUN), 35 mm hingga 70 mm (ATAS) |
Hasil Pengukuran
Torsi dan gaya normal yang dibutuhkan dayung 2 bilah untuk berputar dan bergerak ke dalam serbuk pada kecepatan rotasi dan aksial yang terkendali dicatat.
Gambar 2 menampilkan hasil pengukuran yang dilakukan pada pelumas 1. Semakin jauh dayung dibenamkan ke dalam bubuk (uji TURUN), semakin banyak torsi yang dibutuhkan untuk mempertahankan kecepatan rotasi yang konstan. Selama dayung turun dari 70 hingga 35 mm, torsi meningkat dari 0 hingga 4 mN.m. Gaya normal tidak mulai berkurang hingga dayung telah menempuh hampir separuh lintasan. Ini berkurang sebesar 100 mN selama pengujian TURUN.
Segera setelah dayung bergerak ke atas, kedua sinyal berperilaku simetris: Torsi berkurang lagi, sementara gaya normal meningkat, kedua sinyal mencapai nilai 0 pada akhir pengukuran (karena dayung berada di luar bubuk dan berputar di udara).
Kedua sinyal torsi dan gaya normal terkait dengan hambatan serbuk untuk mengalir. Semakin dalam dayung dicelupkan ke dalam sampel, semakin besar resistensi bubuk terhadap gerakan aksial dan rotasi geometri.
Perlu dicatat bahwa pengukuran memerlukan waktu sedikit lebih dari satu menit untuk dilakukan pada arah ke bawah dan ke atas (waktu pulang-pergi).
Gambar 3 dan 4 membandingkan torsi kedua produk saat dayung bergerak ke bawah ke dalam serbuk (gambar 3) dan ke atas (gambar 4). Pada kedua arah pengujian, torsi yang lebih tinggi diperlukan pada serbuk 2 untuk mempertahankan kecepatan rotasi yang konstan, yaitu serbuk ini menunjukkan hambatan yang lebih tinggi untuk mengalir dan dengan demikian, daya alir yang lebih rendah. Selain itu, sinyal sampel ini lebih berisik.
Gambar 5 dan 6 menampilkan gaya normal kedua serbuk selama pengujian TURUN (gambar 5) dan NAIK (gambar 6). Meskipun kurva sangat mirip antara kedua bahan, namun keduanya berbeda dalam hal kebisingan: Untuk kedua arah pengujian, gaya normal lebih berisik untuk serbuk 2, sama halnya dengan sinyal torsi.
Gambar mikroskop otomatis yang dilakukan pada kedua serbuk (gambar 7) dapat dikaitkan dengan perilaku reologi mereka: Serbuk 2 mengandung partikel yang lebih besar daripada serbuk 1 dan oleh karena itu memiliki kemampuan mengalir yang lebih rendah. Kurva distribusi volume untuk kedua sampel yang disajikan pada Gambar 8 serta distribusi volume ukuran partikel Dv10, Dv50 dan Dv90 yang ditunjukkan pada Tabel 2 mengkonfirmasi hasil visual ini.
Tabel 2: Distribusi volume ukuran partikel dari serbuk pelumas derek 2
| D (v, 0,1) [μm] | D (v, 0,5) [μm] | D (v, 0,9) [μm] | |
|---|---|---|---|
| Bubuk 1 | 199.2 | 570.5 | 1436.6 |
| Bubuk 2 | 256.0 | 1348.9 | 2582.2 |
Kesimpulan
Kemampuan mengalir dari dua serbuk pelumas dibandingkan dengan menerapkan metode Freeman pada rheometer rotasi Kinexus. Untuk metode ini, dayung dicelupkan pada kecepatan aksial dan rotasi yang ditentukan ke dalam cangkir yang berisi sampel. Perbedaan terdeteksi dalam kurva torsi yang diperlukan untuk mempertahankan kecepatan dayung yang konstan. Torsi yang lebih tinggi terkait dengan resistensi yang lebih tinggi terhadap aliran, yaitu berkurangnya kemampuan mengalir. Distribusi volume ukuran partikel serbuk berkorelasi dengan hasil: Produk yang mengandung partikel yang lebih besar adalah produk yang memiliki daya alir yang lebih rendah.
Pengujian tersebut sangat cepat dan dapat ditafsirkan secara sekilas dengan perbandingan kurva.