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粉体流动性测试简述
2015年09月28日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:7537
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粉体就是大量固体粒子的集合体,而且在集合体的粒子间存在着适当的作用力。粉体由一个个固体粒子所组成,它具有固体的许多属性。与固体的不同点在于在少许外力的作用下呈现出固体所不具备的流动性和变形。各个工业部门对粉体的粒径要求不同,可以从几毫米到几十埃。材料成为粉体时具有以下特征:能控制物性的方向性;即使是固体也具有一定的流动性;在流动极限附近流动性的变化较大;能在固体状态下混合;离散集合是可逆的;具有塑性,可加工成型;具有化学活性。

 

粉体技术既属于传统原材料的加工,也是现代高技术产业的技术基石,已广泛应用到建材、机械、能源、塑料、橡胶、矿山、冶金、医药、食品、饲料、农药、化肥、造纸、资源再生、生物工程、环境工程、电子信息、航空航天、交通运输等几乎国民经济发展的各个领域。随着材料工程、化学工程、信息工程、生物工程、环境工程的相互交融促进,功能粉体材料和粉体技术已成为当今科学技术发展的重要支撑,既有加工业的实用性,又有科学探索的前瞻性的综合性学科。根据粉体的特性有目的地对生产所用原料进行粉体的制备和粉体性能的调控、处理,是获得性能优良的材料的前提。


粉体流动性测试


粉体的流动性对粉体的生产工艺、传输、储存、装填以及不同成分的混合、颗粒、片装、散装等等的成型及装量有着重要的意义。在煤粉、水泥、砂石等领域,粉体流动性得到深入的研究,其应用也非常广泛,而在一些新型材料中,流动性的研究还很不够,大部分研究者仅以安息角、休止角、卡尔指数等来评价粉体的流动性,事实上粉体的流动性随粒子的形状、大小、含水量、表面状态、密度、空隙率、生产工艺等因素的不同而有明显的差异,再加上粉粒之间的内摩擦力、黏附力、静电力等等的复杂关系,使得粉体流动性无法用单一的物理量来表征,安息角等不能完整的描述散料的流动性能。

 

事实上,有关粉体流动性的测量在方法上已经有Jenike以粉体力学理论为基础进行了大量的实验和深入的理论研究,提出了粉体的连续介质粉体模型,并发展了流动~不流动的判据,创建了一套科学地表示散状物料流动性能的指标,归纳了一整套表示料仓内粉体流动性的参数和料仓定量设计的方法及理论。有不少学者指出Carr法在实际应用时,数据的重复性和可靠性比Jenike法差,在指导工程应用方面,如进行粉体模型实验时,Carr法更是无能为力,而Jenike法可以依据相似准数指导料仓模拟,更全面的反映出粉体的流动性能。ASTM据此制定了有关粉体测量的标准,ASTM: D 6128Standard Test Method for Shear Testing of Bulk Solids Using the Jenike Shear CellJenike剪切法在工业上有很多的应用,但由于其测量控制和数据计算方法(摩尔圆)有些复杂,一直没有商品化的仪器,直到美国Brookfield公司和英国University of Greenwich Wolfson Centre for Bulk Solids Handling Technology合作,根据ASTM D 6128,正式向市场推出最新的粉体流动测试仪PFTPOWDER FLOW TESTER),给各涉及粉体研究的各行业提供了强有力的粉体流动测试工具。PFT按ASTM D6128规定设计,测量原理是驱动一个环形剪切单元的压缩盖垂直向下进入粉体样品内。粉体样品有确定的体积,且测试前应测量样品的重量。仪器通过一个校准好的可上下移动负载单元来控制施加到粉体上的压实应力,然后环形剪切单元在特定速度下旋转,粉体对抗的扭矩力由校准的扭矩传感器测得。


通过PFT测量得到的粉体流动特性可以用来表征粉体流动能力。包括以下:


1. 流动函数测试:测量内部强度、流动函数、内部摩擦函数和松装密度,用来表征粉末流动强度和潜在的拱架/鼠孔结构。


2. 时间固结流动函数测试:测试的参数与流动函数类似,表述的是指定的时间段的静态储存情况。


3. 壁面摩擦测试:测量粉体和给定壁面表面的摩擦,测量松装密度函数,用于评估整体流动料斗半角和重力流动斜槽角。


4. 松装密度测试:测量粉体的松装密度曲线。


5.拱架的临界值,鼠孔的临界值,各种料斗的半角度计算。


通过测试,可以对粉体的流动性进行定性和定量的测试和判断,同时对影响粉体流动的因素,包括:颗粒大小、水份含量、温度、添加剂、容器内壁、时间固结、压力等因素进行测量和分析,对粉体的配方、结构和强度等进行不同条件的预测,并对设备设计提供相应的设计参数。


作者:斯凯力流体工程 丁晓炯


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