粉體的流動(dòng)性在粉體工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣,對(duì)粉體的生產(chǎn),、輸送,、儲(chǔ)存、裝填以及粉末冶金,、醫(yī)藥組分的混合,、殺蟲劑的噴灑等都有影響,研究粉體的流動(dòng)性,,對(duì)于粉體設(shè)備的設(shè)計(jì)以及一些工藝的設(shè)計(jì)等具有重要意義,。
粉體之所以流動(dòng),其本質(zhì)是粉體中粒子受力的不平衡,,對(duì)粒子受力分析可知,,粒子的作用力有重力、顆粒間的黏附力,、摩擦力,、靜電力等,對(duì)粉體流動(dòng)影響最大的是重力和顆粒間的黏附力,。
幾種粉體流動(dòng)性差的表現(xiàn)形式
一,、影響粉體流動(dòng)性的因素
影響粉體流動(dòng)性的因素非常復(fù)雜,粒徑分布和顆粒形狀對(duì)粉體的流動(dòng)性具有重要影響,。此外,溫度,、含水量,、靜電電壓、粉體間相互作用等因素也對(duì)粉體的流動(dòng)性產(chǎn)生影響,。
(1)顆粒粒度
顆粒粒度影響粉體流動(dòng)性的原因有三,。
①粉體比表面積與粒度成反比,粉體粒度越小,,則比表面積越大。隨著粉體粒度的減小,,粉體之間分子引力,、靜電引力作用逐漸增大,降低粉體顆粒的流動(dòng)性,。
②粉體粒度越小,,粒子間越容易吸附、聚集成團(tuán),黏結(jié)性增大,,導(dǎo)致休止角增大,,流動(dòng)性變差。
③粉體粒度減小,,顆粒間容易形成緊密堆積,,使得透氣率下降,壓縮率增加,,粉體的流動(dòng)性下降,。
(2)顆粒形態(tài)
除了顆粒粒徑以外,顆粒形態(tài)對(duì)流動(dòng)性的影響也非常顯著,。粒徑大小相等,,形狀不同的粉末其流動(dòng)性也不同。顯而易見(jiàn),,球形粒子相互間的接觸面積最小,,其流動(dòng)性最好。針片狀的粒子表面有大量的平面接觸點(diǎn),,以及不規(guī)則粒子間的剪切力,,故流動(dòng)性差。
(3)溫度
熱處理可使粉末的松裝密度和振實(shí)密度增加,。因?yàn)�,,溫度升高后粉末顆粒的致密度提高。但是當(dāng)溫度升高到一定程度后,,高溫下粉體的黏附性明顯增加,,粉體的流動(dòng)性會(huì)下降。如果溫度超過(guò)粉體熔點(diǎn)時(shí),,粉體會(huì)變成液體,,使黏附作用更強(qiáng)。
(4)粉體間相互作用
粉體間的摩擦性質(zhì)和內(nèi)聚性質(zhì)對(duì)粉體的流動(dòng)性同樣有著很大的影響,。粒度和形態(tài)不同的粉體,,其內(nèi)聚性和摩擦性對(duì)粉體流動(dòng)性的影響程度是不同的。
當(dāng)粉體粒度較大時(shí),,粉體流動(dòng)性主要取決于粉體的形貌,,因體積力遠(yuǎn)大于粉粒間的內(nèi)聚力,表面粗糙的粉體顆�,;蚴切螒B(tài)不均勻的粉體顆粒的流動(dòng)性都較差,。
當(dāng)粉體顆粒很小,粉體的流動(dòng)性主要取決于粉體顆粒間的內(nèi)聚力,,此時(shí)的體積力遠(yuǎn)小于顆粒間的內(nèi)聚力,。
(5)水分含量
粉末干燥狀態(tài)時(shí),流動(dòng)性一般較好,如果過(guò)于干燥,,則會(huì)因?yàn)殪o電作用導(dǎo)致顆粒相互吸引,,使流動(dòng)性變差。
當(dāng)含有少量水分時(shí),,水分被吸附顆粒表面,,以表面吸附水的形式存在,對(duì)粉體的流動(dòng)性影響不大,。
水分繼續(xù)增加,,在顆粒吸附水的周圍形成水膜,顆粒間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的阻力變大,,導(dǎo)致粉體的流動(dòng)性下降,。
當(dāng)水分增加到超過(guò)最大分子結(jié)合水時(shí),水分含量越多其流動(dòng)性指數(shù)越低,,粉體流動(dòng)性越差,。
二、改善粉體流動(dòng)性的辦法
(1)增大粒子大小,。對(duì)于粘附性的粉狀粒子進(jìn)行造粒,,以減少粒子間的接觸點(diǎn)數(shù),降低粒子間的附著力,、凝聚力,。
(2)改善粒子形態(tài)及表面粗糙度。球形粒子的光滑表面,,能減少接觸點(diǎn),,減少摩擦力。
(3)降低含濕量,。適當(dāng)干燥有利于減少粒子間的作用力,。
(4)加入助流劑。加入0.5%~2%滑石粉,、微粉硅膠等助流劑可大大改善粉體流動(dòng)性,。但過(guò)多使用反而增加阻力。
三,、如何測(cè)量粉體的流動(dòng)性
流動(dòng)形式以及其相對(duì)應(yīng)的流動(dòng)性評(píng)價(jià)方法
常用粉體流動(dòng)性的度量方法
(1)休止角
休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止平衡狀態(tài)下,,與水平面形成的最大角。常用的測(cè)定方法有注入法,,排出法,,容器傾斜法,如下圖所示,。
注入法
排出法
容器傾斜法
休止角不僅可以直接測(cè)定,而且可以測(cè)定粉體層的高度和圓盤半徑后計(jì)算而得。即tanα=h/r,。
休止角是是檢驗(yàn)粉體流動(dòng)性的好壞的最簡(jiǎn)便的方法,。休止角越小,摩擦力越小,,流動(dòng)性越好,,一般認(rèn)為θ≤40°時(shí)可以滿足生產(chǎn)流動(dòng)性的需要。
粘附性粉體或粒子徑小于100~200μm以下粉體的粒子間相互作用力較大而流動(dòng)性差,,相應(yīng)地所測(cè)休止角較大,。
值得注意的是,測(cè)量方法不同所得數(shù)據(jù)有所不同,,重現(xiàn)性差,,所以不能把它看作粉體的一個(gè)物理常數(shù)。
(2)流出速度
流出速度是將物料加入漏斗中測(cè)定全部物料流出所需的時(shí)間來(lái)描述,,時(shí)間越長(zhǎng),,流出速度越慢,粉體的流動(dòng)性越差,。測(cè)定裝置如下圖所示,。
一些粉體的流動(dòng)性很差,不能自由流出時(shí),,可以加入100μm的玻璃球助流,,測(cè)定自由流動(dòng)所需玻璃球的量(w%),以表示流動(dòng)性,。加入量越多流動(dòng)性越差,。
(3)壓縮度
壓縮度將一定量的粉體輕輕裝入量筒后測(cè)量最初松體積;采用輕敲法使粉體處于最緊狀態(tài),,測(cè)量最終的體積,;計(jì)算最松密度ρ0與最緊密度ρf;根據(jù)公式12-31計(jì)算壓縮度c,。
壓縮度是粉體流動(dòng)性的重要指標(biāo),,其大小反映粉體的凝聚性、松軟狀態(tài),。壓縮度20%以下時(shí)流動(dòng)性較好,,壓縮度增大時(shí)流動(dòng)性下降,當(dāng)C值達(dá)到40%~50%時(shí)粉體很難從容器中自動(dòng)流出,。
(4)內(nèi)部摩擦系數(shù)μ,。
對(duì)靜止的粉體層施加垂直應(yīng)力σ,在水平方向施加剪切應(yīng)力τ,。當(dāng)τ值較小時(shí)粉體層處于靜止?fàn)顟B(tài),,τ值逐漸增大到某一值時(shí)粉體層開(kāi)始滑動(dòng),,這種剛剛使粉體層開(kāi)始滑動(dòng)的狀態(tài)叫限界應(yīng)力狀態(tài)。在限界應(yīng)力狀態(tài)下垂直應(yīng)力σ與剪切應(yīng)力τ之間的關(guān)系為: τ=μσ+C,,μ表示摩擦系數(shù),,C表示粘附力。C=0時(shí),,叫自由流動(dòng)粉,;C≠0時(shí),為粘附性粉體,。根據(jù)μ,、以及C的大小評(píng)價(jià)流動(dòng)性,這些數(shù)字越小流動(dòng)性越好,。