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使用粉體流變技術(shù)研究粉末固結(jié)的情況

閱讀：1055 發(fā)布時(shí)間：2021-1-15

粉層發(fā)生固結(jié)的原因很多，例如運(yùn)輸或加工過程中的固結(jié)多數(shù)由于振動(dòng)造成,，此時(shí)粉體受到法向和側(cè)向的應(yīng)力,。一般使用自動(dòng)振實(shí)儀進(jìn)行模擬,，振動(dòng)敲擊量筒中的粉體，致使顆粒的堆積狀態(tài)重排,。存儲過程中也會(huì)發(fā)生固結(jié),，粉體主要受到與自身重量相關(guān)的正應(yīng)力?？梢允褂猛笟鈮侯^對粉體材料直接施壓,，模擬正應(yīng)力作用引發(fā)固結(jié)來實(shí)現(xiàn)測試。

通常使用豪斯納比率比較堆密度和振實(shí)密度,，評價(jià)粉體的流動(dòng)性,，計(jì)算方法如下：

豪斯納比率=振實(shí)密度/堆密度

粉體流動(dòng)性的等級分類如下：

流動(dòng)性	豪斯納比率
*	1.10-1.11
好	1.12-1.18
一般	1.19-1.25
尚可	1.26-1.34
差	1.35-1.45
非常差	1.46-1.59
不流動(dòng)	>1.6

FT4粉體流變儀™

粉體流動(dòng)性測試儀

FT4粉體流變儀™作為通用粉體測試儀,，提供自動(dòng),、可靠,、全面的粉體性質(zhì)表征,。該信息可與加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提高生產(chǎn)效率并有助于質(zhì)量控制,。FT4專注于測量粉體的動(dòng)態(tài)流動(dòng)特性，還可提供剪切盒測試,，具有密度,、可壓性和透氣性等整體特性的測試能力，全面表征與工藝相關(guān)的粉體性能,。

動(dòng)態(tài)測試采用*的測量技術(shù)來確定粉體的流動(dòng)阻力,。特殊形狀的槳葉沿著既定的路徑穿越體積的粉體。當(dāng)槳葉軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)時(shí),，作用于其的阻力和扭矩，組合產(chǎn)生總流動(dòng)能值[1],。

實(shí)驗(yàn)方法

評估多個(gè)行業(yè)中使用的十種粉體,，采用兩種方法評估不同固結(jié)方法的影響,。方法1基于粉體振實(shí)，模擬運(yùn)輸過程,。方法2直接壓縮粉體,，模擬長期儲存。

每次測試前進(jìn)行預(yù)處理,，確保樣品處于均質(zhì),、松散的堆積狀態(tài)。值得注意的是,，標(biāo)準(zhǔn)的豪斯納比率測試中,，測量堆密度時(shí)不需要預(yù)處理，因此重復(fù)性容易受到操作人員的影響,。

方法1：進(jìn)行兩項(xiàng)測試,，一步使用螺旋槳葉測量基本流動(dòng)能（BFE），如上所述,。測試同時(shí)提供了粉體松散狀態(tài)的密度,，即預(yù)處理松裝密度（CBD）,。第二步使用Copley振實(shí)儀振動(dòng)粉體50次,，采用與BFE相同的方法測量固結(jié)能,。測試還提供固結(jié)粉體的密度（BDTap50）,。

方法2：使用透氣壓頭施加15kPa的正應(yīng)力,，并且測量體積變化百分比,。

所有測試均重復(fù)3次,，固結(jié)指數(shù)的計(jì)算公式如下：

固結(jié)指數(shù)=固結(jié)能/基本流動(dòng)

分別選擇CBD和BDTap50作為堆密度和振實(shí)密度來計(jì)算豪斯納比率,。

使用四分位距（IQR）量化數(shù)據(jù)的離散情況,。IQR表示數(shù)據(jù)的中位（50%）離散,。較低的IQR值說明輕微離散,，樣本之間的差異有限,。為了確保具有一定的代表性,，計(jì)算IQR前需要將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化,。

方法1：固結(jié)指數(shù)和豪斯納比率

比較10個(gè)不同的樣品,，固結(jié)指數(shù)（IQR=1.0）相比豪斯納比率（IQR=0.1）的變化更大。這說明使用豪斯納比率來比較不同類型的材料,，缺乏敏感性,。

根據(jù)豪斯納比率,，滑石,、乳糖和面粉三種樣品的流動(dòng)性“一般”，玉米淀粉,、微晶纖維素和氧化鋁三種樣品的流動(dòng)性“好”，余下四種樣品（水泥、馬鈴薯淀粉,、洗衣粉1和2）的流動(dòng)性“*”,。

比較固結(jié)指數(shù),，乳糖,、面粉、玉米淀粉和微晶纖維素四種樣品對于振動(dòng)或敲擊都非常敏感,，固結(jié)指數(shù)>2,。

通常，比較相同固結(jié)方法的不同指標(biāo),，都能達(dá)到預(yù)期的趨勢,，比如乳糖的豪斯納比高，固結(jié)指數(shù)也大,。然而也有例外，滑石的豪斯納比相對較高,，固結(jié)指數(shù)卻較低。所研究的材料中,，密度增量無一超過25%，然而某些樣品的流動(dòng)能增量卻大于200%,。對于乳糖等材料,，堆積狀態(tài)的變化使得顆粒間相互作用增加,，因此顆粒形貌將主導(dǎo)流動(dòng)行為,。僅僅密度的變化不足以反應(yīng)特定過程中固結(jié)材料的流動(dòng)性能,。

方法2：固結(jié)方法的差異

比較不同的固結(jié)方法,，固結(jié)指數(shù)（振實(shí)）和壓縮百分比（直壓）的排序不同,。例如滑石對直壓更敏感，代表長期儲存時(shí)可能發(fā)生問題，然而乳糖對振實(shí)敏感,，模擬了運(yùn)輸或加工過程中的振動(dòng),。這些不同的響應(yīng)可能是由于顆粒性能和堆積結(jié)構(gòu)的變化：微細(xì)、粘性的粉體可能團(tuán)聚,，夾帶更多的空氣,，因此對壓縮更敏感。粗糙,、不規(guī)則的顆粒能夠有效堆積,，因此不會(huì)受到明顯的壓縮，但當(dāng)顆粒重排時(shí),，其形貌則抑制了流動(dòng)性,。也突出了使用與加工過程和暴露條件相關(guān)的方法來表征樣品的必要性。

結(jié)論

粉體流動(dòng)性不是材料的固有屬性,，而是粉體在特定設(shè)備中以其所需要的方式流動(dòng)的能力,。成功的加工需要粉體與過程的完美匹配，相同的粉體在一個(gè)加工過程中表現(xiàn)良好,，而在另一個(gè)過程中卻不佳的情況并不罕見,。多元特性表征為理解粉體的行為變化提供了必要的基礎(chǔ)，能夠識別并量化任何單位操作中與加工性能相關(guān)的粉體特性,。

更多信息歡迎聯(lián)系應(yīng)用團(tuán)隊(duì),。

[1] Freeman R., Measuring the flow properties of consolidated, conditioned and aerated powders – A comparative study using a powder rheometer and a rotational shear cell. Powder Technology, 25-33, 174, 1-2, 2007

粉層發(fā)生固結(jié)的原因很多，例如運(yùn)輸或加工過程中的固結(jié)多數(shù)由于振動(dòng)造成,，此時(shí)粉體受到法向和側(cè)向的應(yīng)力,。一般使用自動(dòng)振實(shí)儀進(jìn)行模擬，振動(dòng)敲擊量筒中的粉體,，致使顆粒的堆積狀態(tài)重排,。存儲過程中也會(huì)發(fā)生固結(jié)，粉體主要受到與自身重量相關(guān)的正應(yīng)力,?？梢允褂猛笟鈮侯^對粉體材料直接施壓，模擬正應(yīng)力作用引發(fā)固結(jié)來實(shí)現(xiàn)測試,。

通常使用豪斯納比率比較堆密度和振實(shí)密度,，評價(jià)粉體的流動(dòng)性，計(jì)算方法如下：

豪斯納比率=振實(shí)密度/堆密度

粉體流動(dòng)性的等級分類如下：

流動(dòng)性	豪斯納比率
*	1.10-1.11
好	1.12-1.18
一般	1.19-1.25
尚可	1.26-1.34
差	1.35-1.45
非常差	1.46-1.59
不流動(dòng)	>1.6

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粉體流動(dòng)性測試儀

FT4粉體流變儀™作為通用粉體測試儀,，提供自動(dòng),、可靠、全面的粉體性質(zhì)表征,。該信息可與加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián),，提高生產(chǎn)效率并有助于質(zhì)量控制,。FT4專注于測量粉體的動(dòng)態(tài)流動(dòng)特性，還可提供剪切盒測試,，具有密度,、可壓性和透氣性等整體特性的測試能力，全面表征與工藝相關(guān)的粉體性能,。

動(dòng)態(tài)測試采用*的測量技術(shù)來確定粉體的流動(dòng)阻力,。特殊形狀的槳葉沿著既定的路徑穿越體積的粉體。當(dāng)槳葉軸向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)時(shí),，作用于其的阻力和扭矩,，組合產(chǎn)生總流動(dòng)能值[1]。

實(shí)驗(yàn)方法

方法1：進(jìn)行兩項(xiàng)測試,，一步使用螺旋槳葉測量基本流動(dòng)能（BFE），如上所述,。測試同時(shí)提供了粉體松散狀態(tài)的密度,，即預(yù)處理松裝密度（CBD）。第二步使用Copley振實(shí)儀振動(dòng)粉體50次,，采用與BFE相同的方法測量固結(jié)能,。測試還提供固結(jié)粉體的密度（BDTap50）。

方法2：使用透氣壓頭施加15kPa的正應(yīng)力,，并且測量體積變化百分比,。

所有測試均重復(fù)3次，固結(jié)指數(shù)的計(jì)算公式如下：

固結(jié)指數(shù)=固結(jié)能/基本流動(dòng)

分別選擇CBD和BDTap50作為堆密度和振實(shí)密度來計(jì)算豪斯納比率,。

使用四分位距（IQR）量化數(shù)據(jù)的離散情況,。IQR表示數(shù)據(jù)的中位（50%）離散。較低的IQR值說明輕微離散,，樣本之間的差異有限,。為了確保具有一定的代表性,，計(jì)算IQR前需要將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

方法1：固結(jié)指數(shù)和豪斯納比率

比較10個(gè)不同的樣品,，固結(jié)指數(shù)（IQR=1.0）相比豪斯納比率（IQR=0.1）的變化更大,。這說明使用豪斯納比率來比較不同類型的材料,，缺乏敏感性,。

根據(jù)豪斯納比率，滑石,、乳糖和面粉三種樣品的流動(dòng)性“一般”,，玉米淀粉、微晶纖維素和氧化鋁三種樣品的流動(dòng)性“好”,，余下四種樣品（水泥,、馬鈴薯淀粉、洗衣粉1和2）的流動(dòng)性“*”,。

比較固結(jié)指數(shù),，乳糖、面粉,、玉米淀粉和微晶纖維素四種樣品對于振動(dòng)或敲擊都非常敏感,，固結(jié)指數(shù)>2。

通常,，比較相同固結(jié)方法的不同指標(biāo),，都能達(dá)到預(yù)期的趨勢，比如乳糖的豪斯納比高,，固結(jié)指數(shù)也大,。然而也有例外，滑石的豪斯納比相對較高,，固結(jié)指數(shù)卻較低,。所研究的材料中，密度增量無一超過25%,，然而某些樣品的流動(dòng)能增量卻大于200%,。對于乳糖等材料，堆積狀態(tài)的變化使得顆粒間相互作用增加,，因此顆粒形貌將主導(dǎo)流動(dòng)行為,。僅僅密度的變化不足以反應(yīng)特定過程中固結(jié)材料的流動(dòng)性能。

方法2：固結(jié)方法的差異

比較不同的固結(jié)方法,，固結(jié)指數(shù)（振實(shí)）和壓縮百分比（直壓）的排序不同,。例如滑石對直壓更敏感，代表長期儲存時(shí)可能發(fā)生問題,，然而乳糖對振實(shí)敏感,，模擬了運(yùn)輸或加工過程中的振動(dòng),。這些不同的響應(yīng)可能是由于顆粒性能和堆積結(jié)構(gòu)的變化：微細(xì)、粘性的粉體可能團(tuán)聚,，夾帶更多的空氣,，因此對壓縮更敏感。粗糙,、不規(guī)則的顆粒能夠有效堆積,，因此不會(huì)受到明顯的壓縮，但當(dāng)顆粒重排時(shí),，其形貌則抑制了流動(dòng)性,。也突出了使用與加工過程和暴露條件相關(guān)的方法來表征樣品的必要性。

結(jié)論

更多信息歡迎聯(lián)系應(yīng)用團(tuán)隊(duì),。

使用粉體流變技術(shù)研究粉末固結(jié)的情況

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