美國Vision / 2023年一月份電子報 - 纖維顆粒的顆粒形狀分析

Vision公司已經開發了粒子自動影像分析設備，以便為使用者提供更準確的顆粒各項指標參數測量。 多年來，各式粒徑分析儀都是在假設所有被測顆粒皆球形的情況下得出結果。 然而，在許多應用中，顆粒的真圓度會影響製造過程中的性能和流動性。 例如，在某些情況下，測量表面光滑度會影響磨料的性能。

那些意識到顆粒的不規則性會影響其產品品質的工業界人士已求助於顯微鏡進行形狀分析。手動顯微鏡，就其本質而言，是一種緩慢而乏味的粒子分析方法，並且對於分析許多粒子變得不切實際。因此，最終用戶可能無法很方便地檢測其樣品。這使得顯微鏡可以用於獲得顆粒形狀的一般概念，但在工業界顆粒形狀分析製程中是無法接受的。

適合通過形狀分析進行理想測量的一種材料是纖維。纖維顆粒用於從增加建築材料強度到製造有效過濾介質的廣泛應用。

在所有使用纖維的情況下，都明確需要知道纖維的長度、寬度和長徑比 (Aspect ration)以及纖維的捲曲度(Curl)。 以等效球徑表示的粒徑分析結果並不能為使用者提供有關其纖維及其最終狀態下性能的關鍵訊息。在需要快速且具有代表性的分析的品管控制條件中，使用手動顯微鏡測量此類顆粒也是不切實際的。

圖 1 顯示了使用 Vision Analytical Inc. 的 Pi Sentinel PRO 動態圖像分析儀分析的樣品中的典型纖維。

用傳統的粒徑分析儀分析這種纖維樣品時，假設所有顆粒都是球體，在這種情況下，粒徑為 112.1 μm。

使用 Pi Sentinel PRO 顆粒影像分析儀（一種具有纖維形狀測量的適當形狀分析儀）對同一纖維樣品進行分析，可以在短短幾分鐘內獲得有關大量顆粒的更多訊息。纖維長度和寬度的測量值與長徑比一起計算，長徑比只是長度除以寬度。另一個可以計算的測量值是纖維捲曲，對於直纖維來說等於 1 的小數測量值。

纖維捲曲值(Curl value)越小，纖維的彎曲度越大。這對於分析纖維在生產過程中如何相互作用是非常有用資訊。

使用 Pi Sentinel PRO 進行的這四種特定於纖維的分析總結如下：

Fiber Length: 449.9 μm

Fiber Width: 22.7 μm

Fiber Aspect Ratio: 19.82

Fiber Curl: 0.984

圖 2 到圖 5 提供了額外的數據統計，如圖標題所示。

圖 2：表示這些纖維的寬度本質上相當均勻。在 149 秒內共分析了 10,000 個顆粒。

圖 3：顯示纖維的平均長度為 123 μm，標準偏差為 74.8 μm。

圖 4：雖然纖維的寬度控制得很好，但長度卻沒有。結果，寬高比結果很寬。 這裡縱橫比的平均值為 4.450，標準差為 2.262。

圖 5：平均纖維捲曲為 0.97，模式(mode)纖維捲曲為 0.99。這清楚地顯示纖維群大部分是非捲曲的。

結論

選擇能夠正確分析重要參數的粒徑分析儀非常重要。因假設纖維是球形來測量纖維可能不是最準確的方法。在這種情況下，粒徑不足以為操作者提供真實準確的纖維測量值。對於本應用資料中的纖維樣本，使用四種特定於纖維的測量方法更具啟發性：

• 纖維寬度差值 (differential ) 。

• 纖維長度差值。

• 纖維長徑比AR 差值。

• 纖維捲曲。

上述由 Pi Sentinel PRO 所獲得

從 Pi Sentinel PRO 獲得對粒子各項形狀資訊有更好了解，並可能了解它們的製造過程。考慮到分析準確、快速並且可以在幾秒鐘內測量數千個顆粒，使用這些纖維特定測量中的一種或多種作為品管規範上亦將非常實用。

資料來源：Vision Analytical官網

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