粉末流動(dòng)性測(cè)試和粉體特性分析方法及應(yīng)用

一、粉體表征特性

　　智能型粉體測(cè)試儀，是居于對(duì)粉體物理特性分析儀器的總稱，粉體所有的特性表征，更多是為解決粉體在粉體工業(yè)在加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、料倉(cāng)中常出現(xiàn)拱架/鼠孔結(jié)構(gòu)；如壓縮拱受料倉(cāng)壓力作用固結(jié)強(qiáng)度增加導(dǎo)致結(jié)拱；鍥形拱塊狀物料互相嚙合在孔口架橋成拱；粘結(jié)粘附拱水分、靜電吸附導(dǎo)致粉料與倉(cāng)壁粘附力增強(qiáng)成拱；氣壓平衡拱：卸料裝置密封不好，導(dǎo)致大量空氣從底部漏入倉(cāng)內(nèi)使料層上下氣壓平衡所致；在粉粒料的貯存與輸送系統(tǒng)中，物料的流動(dòng)性、物料之間及物料與固體壁面的摩擦；在料斗的設(shè)計(jì)中，排料口的大小、料斗壁的傾斜角以及粉料對(duì)料斗壁的壓力，設(shè)計(jì)不合理的料斗會(huì)給生產(chǎn)造成很大的困難；

　　二、粉體的不同行業(yè)性質(zhì)

　　在粉末冶金、食品、制藥、金屬、化工、農(nóng)業(yè)等金屬類及非金屬類散裝物料等生產(chǎn)過程中，廣泛涉及到顆粒物流動(dòng)，如筒倉(cāng)卸料、傳輸、混合、流化和固/氣分離等，分析顆粒物料的流動(dòng)特性，對(duì)于防*止發(fā)生粉體堵塞、控制顆粒成分的均勻性和一致性都具有至關(guān)重要的意義；

　　三、粉體流動(dòng)表征常用的分析方法

　　粉體流動(dòng)表征的分析方法比較多；我們基于常用廣泛性概況為以下四大類：傳統(tǒng)的定量方法，剪切法，轉(zhuǎn)鼓法，屈服強(qiáng)度法；以下將詳細(xì)介紹每種方法特性及項(xiàng)目：

　　3.1.傳統(tǒng)的定量方法，

　　這種方法就是目前比較常用的，簡(jiǎn)單而且非常直觀的測(cè)量方法，主要是居于卡爾指數(shù)對(duì)粉體的綜合評(píng)定，測(cè)量項(xiàng)目有：振實(shí)密度、松裝密度、堆積密度、安息角(休止角)、抹刀角(平板角)、崩潰角、差角、質(zhì)量流速、體積流速、分散性、空隙率等項(xiàng)目測(cè)量通過卡爾指數(shù)，豪斯納比指數(shù)綜合評(píng)定物料流動(dòng)性狀況.

　　這些測(cè)試項(xiàng)目無法精準(zhǔn)分析粉體的內(nèi)在性質(zhì)，更多的表征差異比較大，測(cè)試結(jié)果差異性相對(duì)來說也是比較大的，但適合于企業(yè)質(zhì)檢部分對(duì)產(chǎn)品快速分析和判斷；對(duì)研發(fā)類單位和部門來說，得到的數(shù)據(jù)實(shí)在是非常有限.

　　這個(gè)測(cè)量方法中目前市場(chǎng)上使用比較多的還是多功能型顆粒和粉末特性分析儀(FT-2000A)，也是目前智能化程度較高的儀器，一般用于論文編寫及企業(yè)質(zhì)量管控還是得到較高的認(rèn)可.提供給大家參考參考.

　　3.2.剪切法

　　剪切法是比較進(jìn)步的測(cè)量方法，它更傾向于對(duì)散裝固體物料，粉體的內(nèi)在性質(zhì)如：內(nèi)摩擦性，壁摩擦性，進(jìn)行描述來分析粉體的流動(dòng)表征，

　　Jenike方法,采用環(huán)剪方式分析粉體流動(dòng)行為表征特性，建立數(shù)據(jù)模型與PC軟件相結(jié)合，對(duì)粉體剪切、固結(jié)、時(shí)間、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系、屈服強(qiáng)度函數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析曲線圖，建立莫爾圓破壞包絡(luò)線、流動(dòng)因子、有效內(nèi)摩擦角、屈服軌跡線、流動(dòng)函數(shù)、Jenike流動(dòng)性指數(shù)FI判斷流與不流及臨界點(diǎn)、計(jì)算料斗半頂角、粉體空隙率、松裝與壓實(shí)變化關(guān)系、

　　這種方法個(gè)人覺得還是比較適合于科研院所及高校或者有一定實(shí)力的大型企業(yè)，為什么這么說，首先分析方法太復(fù)雜，理論知識(shí)要求較多，如果不是專*業(yè)粉體從業(yè)者或者研究型人員，則很難完全掌握，目前在大企業(yè)和高校研究所用的多，通過這種方法分析和寫論文或研發(fā)新品，一般來說數(shù)據(jù)的可靠性高，并具備未來可預(yù)測(cè)性分析，特別是對(duì)于粉體設(shè)備的設(shè)計(jì)非常有幫助。

　　行業(yè)中目前使用較多的是粉體流動(dòng)行為動(dòng)態(tài)分析儀(FT-3400)智能化程度比較高，基本上在分析過程中能提供大量的分析數(shù)據(jù)，并分析好，對(duì)科研人員來說是個(gè)不錯(cuò)的選擇.

　　3.3.轉(zhuǎn)鼓法

　　轉(zhuǎn)鼓法即將粉體顆粒填充轉(zhuǎn)鼓中讓其緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)定固定轉(zhuǎn)速下每旋轉(zhuǎn)一圈顆粒發(fā)生坍塌的次數(shù)，次數(shù)越大，流動(dòng)性越好；反之越小，流動(dòng)性越差。此方法反映了顆粒流動(dòng)的穩(wěn)定性、臨界轉(zhuǎn)變及坍塌規(guī)模.和質(zhì)量流率.滿足歐洲藥典要求.

　　轉(zhuǎn)鼓中顆粒表面因流速不同從上到下可分為3個(gè)區(qū)域：即稀疏流動(dòng)區(qū)、致密流動(dòng)區(qū)和蠕變區(qū)；剪切率的變化對(duì)顆粒流動(dòng)特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有決定性影響；顆粒在轉(zhuǎn)鼓中的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)顯著特點(diǎn)，即可以大致分為流動(dòng)表層和靜止底層兩個(gè)區(qū)域，將顆粒物質(zhì)從靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)展到流動(dòng)、再由流動(dòng)通過堵塞轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止的全過程有機(jī)地統(tǒng)一起來。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度，可獲得顆粒的流動(dòng)過程與流動(dòng)狀態(tài).

　　根據(jù)轉(zhuǎn)鼓中顆粒流動(dòng)層厚度或自由表面傾角，獲得流動(dòng)層的剪切速率，進(jìn)而計(jì)算得到顆粒物質(zhì)的流動(dòng)性.不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)鼓直徑下從中心到自由表面的致密流動(dòng)區(qū)域內(nèi)顆粒的剪切變形速率都具有線性變化特征，平均剪切率，反映顆粒流動(dòng)的平均剪切變形能力，顆粒尺寸、形狀、摩擦因數(shù)及流動(dòng)狀態(tài)等因素的影響。

　　這種方法雖然國(guó)內(nèi)使用的比較少些相對(duì)于前面兩種方法而已，但是這種方法也有特性就是比較理論，簡(jiǎn)單點(diǎn)說，就是對(duì)數(shù)據(jù)的分析雖然可以改善粉體研發(fā)配*比，相對(duì)來說比前面方法更加抽象些，更多適合于科研使用較多.轉(zhuǎn)鼓法粉體流動(dòng)測(cè)試儀(FT-7100)是我所知道的。

　　3.4.屈服強(qiáng)度法

　　顆粒在壓縮時(shí)要經(jīng)歷初步壓縮、顆粒重排、初始結(jié)構(gòu)形成、彈性形變、塑性形變、顆粒破碎、結(jié)合鍵形成、進(jìn)一步壓實(shí)及去除壓力后的彈性恢復(fù)等系列變化，顆粒結(jié)構(gòu)被破壞并發(fā)生重組形成新的結(jié)合鍵及壓縮體；通過對(duì)粉體施加屈服強(qiáng)度變形所需的主應(yīng)力，來分析粉體的體積變化與壓力關(guān)系即(主應(yīng)力與粉體密度的變化關(guān)系)，時(shí)間與屈服強(qiáng)度變化關(guān)系，屈服強(qiáng)度與壓縮高度變化關(guān)系，采用經(jīng)驗(yàn)方程法：Heckel、Kawakita、Adams方程及川北方程線性回歸方程的壓縮理論來分析粉體顆粒新品、研發(fā)固體產(chǎn)品比如在藥物處*方及工藝選擇方面及壓實(shí)密度對(duì)壓力的要求等的預(yù)測(cè)性分析工具.例舉粉體壓縮強(qiáng)度測(cè)試儀FT-3500