粉末流動性測試和粉體特性分析方法及應(yīng)用

一、粉體表征特性

　　智能型粉體測試儀，是居于對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、運輸、料倉中常出現(xiàn)拱架/鼠孔結(jié)構(gòu)；如壓縮拱受料倉壓力作用固結(jié)強度增加導(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)致粉料與倉壁粘附力增強成拱；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，物料的流動性、物料之間及物料與固體壁面的摩擦；在料斗的設(shè)計中，排料口的大小、料斗壁的傾斜角以及粉料對料斗壁的壓力，設(shè)計不合理的料斗會給生產(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，如筒倉卸料、傳輸、混合、流化和固/氣分離等，分析顆粒物料的流動特性，對于防*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、粉體流動表征常用的分析方法

　　粉體流動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，屈服強度法；以下將詳細(xì)介紹每種方法特性及項目：

　　3.1.傳統(tǒng)的定量方法，

　　這種方法就是目前比較常用的，簡單而且非常直觀的測量方法，主要是居于卡爾指數(shù)對粉體的綜合評定，測量項目有：振實密度、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、空隙率等項目測量通過卡爾指數(shù)，豪斯納比指數(shù)綜合評定物料流動性狀況.

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

　　這個測量方法中目前市場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

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

　　Jenike方法,采用環(huán)剪方式分析粉體流動行為表征特性，建立數(shù)據(jù)模型與PC軟件相結(jié)合，對粉體剪切、固結(jié)、時間、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系、屈服強度函數(shù)實時動態(tài)分析曲線圖，建立莫爾圓破壞包絡(luò)線、流動因子、有效內(nèi)摩擦角、屈服軌跡線、流動函數(shù)、Jenike流動性指數(shù)FI判斷流與不流及臨界點、計算料斗半頂角、粉體空隙率、松裝與壓實變化關(guān)系、

　　這種方法個人覺得還是比較適合于科研院所及高校或者有一定實力的大型企業(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)測性分析，特別是對于粉體設(shè)備的設(shè)計非常有幫助。

　　行業(yè)中目前使用較多的是粉體流動行為動態(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，對科研人員來說是個不錯的選擇.

　　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，測定固定轉(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，流動性越好；反之越小，流動性越差。此方法反映了顆粒流動的穩(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個區(qū)域：即稀疏流動區(qū)、致密流動區(qū)和蠕變區(qū)；剪切率的變化對顆粒流動特征和運動狀態(tài)具有決定性影響；顆粒在轉(zhuǎn)鼓中的運動有一個顯著特點，即可以大致分為流動表層和靜止底層兩個區(qū)域，將顆粒物質(zhì)從靜止?fàn)顟B(tài)發(fā)展到流動、再由流動通過堵塞轉(zhuǎn)變?yōu)殪o止的全過程有機地統(tǒng)一起來。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度，可獲得顆粒的流動過程與流動狀態(tài).

　　根據(jù)轉(zhuǎn)鼓中顆粒流動層厚度或自由表面傾角，獲得流動層的剪切速率，進而計算得到顆粒物質(zhì)的流動性.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，反映顆粒流動的平均剪切變形能力，顆粒尺寸、形狀、摩擦因數(shù)及流動狀態(tài)等因素的影響。

　　這種方法雖然國內(nèi)使用的比較少些相對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，簡單點說，就是對數(shù)據(jù)的分析雖然可以改善粉體研發(fā)配*比，相對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)鼓法粉體流動測試儀(FT-7100)是我所知道的。

　　3.4.屈服強度法

　　顆粒在壓縮時要經(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、進一步壓實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；通過對粉體施加屈服強度變形所需的主應(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)，時間與屈服強度變化關(guān)系，屈服強度與壓縮高度變化關(guān)系，采用經(jīng)驗方程法：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密度對壓力的要求等的預(yù)測性分析工具.例舉粉體壓縮強度測試儀FT-3500