白炭黑工况下液位测量屡屡失准？工程师总结的三大破解思路

气相二氧化硅（Fumed Silica），俗称“白炭黑”，是一种纳米级、比表面积大、结构性强且极度疏松的无定形二氧化硅粉体，广泛应用于胶粘剂、涂料、橡胶、锂电池、光伏、隔热材料、3D打印复合材料以及医药辅料等高技术领域。

由于超低密度（<0.05 g/cm³）与超细粒径（7–40 nm），气相二氧化硅具有“固体中的气体”特性，展现出超轻、漂浮性强、易静电积聚等独特性能。这种特性使得它在工业加工过程中，尤其是在料位监测与加水处理方面面临诸多挑战。

一、气相二氧化硅测量难点

由于其特殊的物理性质，气相二氧化硅在测量时遇到不少技术障碍：

• 极细粒径与颗粒团聚：常规激光粒度仪无法准确解析其初级粒径，需使用电子显微镜（TEM）或动态光散射（DLS）技术；

• 超轻与漂浮性：由于超低密度（可低至0.03–0.05 g/cm³），气相二氧化硅呈现“烟雾粉”状态，颗粒极易在空气中漂浮，操作中必须防止人为扰动，避免颗粒飞扬；

• 静电吸附特性：表面富含羟基（Si–OH），容易吸湿和静电积聚，影响测量仪器的准确性；

• 超低介电常数：气相二氧化硅的介电常数典型值小于2.0，这一特性使其在电子材料中降低介电损耗，但在测量过程中增加了复杂度；

• 复杂的微观结构：气相二氧化硅的结构复杂，不能仅依赖单一参数进行全面表征。

• 这些特性使得气相二氧化硅的测量需要更加精密的仪器与技术，尤其是在料位监测和工艺控制过程中。

二、气相二氧化硅料位测量的技术难点

由于气相二氧化硅的超低堆积密度和高流动性，其在工业应用中的料位测量存在一系列技术难题：

• 漂浮与空洞结构：粉体极易“漂浮”并形成空洞，传统的重锤式和超声波料位计可能无法准确反映其真实料位；

• 粉尘干扰：粉尘在料仓中漂浮，干扰激光与红外非接触式设备，导致信号散射或衰减；

• 架桥现象：由于静电作用，气相二氧化硅易在料仓内形成“桥状结构”，使得料位读数虚高；

• 强粘附性：气相二氧化硅表面粘附性强，可能影响料位传感器的正常工作，导致测量不准确。

三、气相二氧化硅加水后的特性变化及处理难点

气相二氧化硅在加水后表现出独特的物理和化学变化，这对其处理与测量造成了进一步的挑战：

吸水行为与结构变化：

• 表面羟基能迅速与水分子形成氢键网络，吸水速度非常快；

• 吸水后气相二氧化硅粒子形成胶状团聚体，原本分散的粉体迅速失去流动性；

• 加水后可能导致结构坍塌或局部凝胶化，影响产品均匀性；

• 在高速剪切下，可能形成絮凝状的半固体，难以重新分散。

工艺影响：

• 在湿法造粒、改性或配方混合中，需要严格控制加水速率与剪切条件；

• 若加水不均，极易形成硬结块，导致产品不均；

• 水分吸附后，由于气相二氧化硅具有毛细结构，其对水的吸附量大，可能导致体系粘度急剧升高。

应对策略：

• 使用高速分散机、高剪切乳化器等设备进行动态分散；

• 添加表面活性剂或pH调节剂，以防团聚；

• 控制水相的加入顺序：推荐将气相二氧化硅加入已含表面活性剂的水中，避免直接加入水中；

• 对于高填量配方，可采用预制浆料或浓缩母液形式加入。

四、常用料位计类型与特点

气相二氧化硅的特殊物理特性要求选择合适的料位计来进行精确测量。

五、从“测得准”到“用得好”

气相二氧化硅由于其超细粒径、超低密度、漂浮性强和静电吸附性显著，对传统测量技术提出了更高要求。随着高端应用领域的扩展，精细的测量技术与数据融合将对材料设计与工艺优化起到重要作用。通过选择合适的料位计与控制策略，能够确保气相二氧化硅设备的高效、稳定应用。