随着纳米技术的飞速发展，粉体的流动性成为一个新兴的研究热点，作为一个非常复杂的物理现象，它在食品、化工、药品等诸多领域都占据着举足轻重的地位，比如药物的生产经常涉及多种成分的精确配比和均匀混合，如果药物粉体具备良好的流动性，就能在混合过程中保证每一批次药品的成分一致性和稳定性，降低了因成分不均匀而导致的药品质量问题；在塑料颗粒的生产中，良好的流动性可以保障注塑或挤出等成型工艺的顺利进行，防止产品出现壁厚不均、表面瑕疵等质量问题。接下来，小编将为大家介绍粉体的流动性及其影响因素。

（图源：湖北万度光能）

什么是粉体流动性？

粉体流动性是指粉体颗粒在不同条件下流动的特性。粉体作为一类特殊的材料，同时具有固态和液态两种特性，固态特性使其可以承载一定的剪切应力，在静止的状态下保持固定形态。当剪切应力达到一定的临界值时，粉体就又能像液体一样流动。作为工业生产中的一个重要参数，粉体流动性不仅会影响产品的生产效率、质量，还关系到粉体加工设备结构参数的设计和工艺参数的选择。

粉体的可压缩性、团聚性、流动性的关系（图源：文献2）

影响因素

影响粉体流动性的因素有很多，包括颗粒的种类、平均粒度、粒度分布、湿含量、颗粒形状、比表面积、密度、存储时间和颗粒间相互作用等。这里小编仅列举几项供大家了解、认识。

（1）粒径与粒度分布

粉径是指颗粒大小在空间范围所占据的线性尺寸。粒度分布是是指若干个大小顺序排列的一定范围内颗粒量占颗粒群总量的百分数一般通过简单的表格、图形或函数的形式给出。当颗粒粒径较大时，颗粒之间的空隙较大，使得颗粒之间的相互作用力较小，粉体更容易流动。当颗粒粒径较小时，颗粒的表面积较大，颗粒间的范德华力、静电力等相互作用力会因此而增强，使得颗粒的流动性较差，易形成团聚体，增加流动阻力。

JLAmoros等以不同粒径分布的单分散石英砂为物料，通过剪切测试研巧颗粒间的内聚力与颗粒粒径及床层紧密度之间的关系，其结果表明内聚力随着紧密度的升高而升高，随着颗粒粒径的减少而升高。床层的摩擦系数随着床层的紧密度的增加而逐渐增加，并且其变化关系依赖于颗粒粒径。

（2）粉体湿含量

粉体湿含量指粉体中水分的含量。粉体的湿含量很低时，水分被吸附在其表面，这种吸附水对粉体的流动性影响不大，随着水分的增加，在吸附水的周围形成了薄膜水，此时颗粒间相对移动不容易发生，限制了颗粒整体的流动，当水分增加到超过最大分子结合水时，粉体流动性变差，甚至会失去流动性。

谢晓旭等将兖州煤、混合煤和大同煤3种煤样分别调制成不同含水率进行试验。分析了含水率变化对煤粉流动函数、内聚力以及内摩擦角的影响，得出结论：随煤粉含水率增加，煤粉的流动函数不断减小，流动性变差；煤粉颗粒间的内聚力变大，更容易团聚；煤粉的内摩擦系数有所下降，这可能是由于煤粉颗粒间增加水分后，水分会存在颗粒表面的凹坑处或者是颗粒之间，产生润滑作用，使颗粒间的摩擦变小。

（3）颗粒形态

当颗粒具有规则的形状时，它们可以较容易地滑动或滚动，阻力较小，流动性通常较好；当颗粒的形状不规则时，它们容易相互交错，导致流动路径堵塞，使得流动性较差。如球形颗粒的比表面积较小，颗粒间接触点较少，相互作用力较弱，粉体的团聚作用不强；而非球形颗粒一般具有较大的比表面积，粉体颗粒之间接触点数较多，颗粒之间范德华力、静电力等作用力急剧增加，使得粉体的流动性变差。

漆海峰研究了6种煤粉和其它粉体颗粒(玻璃微珠、FCC、黄沙、沥青粉、硫酸铵晶体颗粒等)在有机玻璃料斗内的下料及Jenike剪切实验的流动性，发现玻璃微珠与颗粒形态较规则，球形度较高，颗粒表面也较光滑，而煤粉颗粒棱角分明，颗粒边缘齿状凸起明显，形状规则度较低。因此颗粒相互接触点较多的煤粉颗粒粘聚性更强。

玻璃微珠、FCC及其羊场湾煤粉颗粒显微镜图像（图源：文献1）

粉体流动性的改善方法

改善粉体流动性的方法大体上可以分为两类：通过增加颗粒尺寸或对颗粒进行表面改性。

（1）流动添加剂

流动添加剂可以明显改善粉体的流动性，避免出现结块或硬化的现象，其主要作用是减小颗粒间的粘附力。通过添加流动添加剂，可以增加颗粒间的接触距离，从而减小颗粒间的范德华力。纳米颗粒、表面活性剂、聚合物都可以作为流动添加剂加入，来改善粉体的流动性，其中纳米颗粒已经被人们使用较长的时间。在使用过程中，纳米颗粒需要分散到体系中，以便均匀覆盖到粉体颗粒表面，而纳米颗粒对粉体颗粒的强亲和力，使它们之间可以紧密的结合。这些小的结合体在颗粒表面的粘附力可以起到改善颗粒流动性的效果。

（2）增加颗粒粒径

增加粉体颗粒的粒径主要是通过增加颗粒的重力，从而克服颗粒间的摩擦力等作用力，以达到改善粉体流动性的目的。团聚和造粒都是用于描述将许多单个的小颗粒组合在一起形成大颗粒，而小颗粒的性质不会发生变化的过程。这个过程中，大颗粒的粒径比比原始的小颗粒粒径大得多，从而可以起到改善粉体流动性的效果。以乳制品粉体为例，团聚过程通常发生在喷雾干燥室或喷雾干燥后的外部流化床中。在喷雾干燥室中，通过湿颗粒的初级团聚或湿颗粒和干颗粒的次级团聚的碰撞从而发生使表面活性剂和颗粒团聚在一起，形成大的团簇状结构。

（3）结晶工艺的优化

人们普遍认为粉体的流动性可以通过颗粒的尺寸增加而改善，对于晶体颗粒，实际上还可以通过结晶的方法改变晶体形状和尺寸，以达到对流动性的改善。这种方法可以集结晶、造粒于一体，操作简单。除此之外，这一方法还有许多优点，例如整个过程可以在无菌的环境中操作、无需添加额外的辅料以及可以应用于GMP生产。

参考文献：

1、漆海峰.煤粉的流动性对比研究及其影响因素分析[D].华东理工大学.

2、吴福玉.粉体流动特性及其表征方法研究[D].华东理工大学.

3、罗聪,陆海峰,郭晓镭,等.粉体流动性的静力学及动力学表征研究[J].化工新型材料.

4、张旭栋.结晶改善粉体流动性及高流动性高活性氧化镁的制备研究[D].北京石油化工学院.

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