很多工業(yè)應(yīng)用都涉及到粉體的流動,。粗略地估計大約有60％的工業(yè)產(chǎn)品為顆粒,，同時大約有20％的工業(yè)原料為粉體。更為重要的是,，由于顆粒間相互作用力的滯后特性,，粉體的堆積狀態(tài)多種多樣。粉體的流動性及堆積行為的研究是粉體工程的基礎(chǔ),，是聯(lián)系粉體材料性質(zhì)與許多關(guān)于粉體技術(shù)的單元操作的紐帶,，比如粉體儲存、給料,、輸送,、運(yùn)輸、混合等,。

粉體定義及分類

粉體通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構(gòu)成的一種分散體系,，顆粒粒度一般小于1000μm。工程上常把在常態(tài)下以較細(xì)的粉粒狀態(tài)存在的物料稱為粉體物料,，簡稱粉體,。

粉體可按其成因、制備方法,、顆粒分散狀態(tài),、顆粒大小、化學(xué)組成,、晶體結(jié)構(gòu),、用途等進(jìn)行分類。Geldart,，Molerus等人按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)對粉體顆粒進(jìn)行了分類,。其中Geldart的分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用較為廣泛。

Geldart從流化特性出發(fā),，根據(jù)其與顆粒粒度和密度的關(guān)系提出將顆粒分為ABCD四類,。

A組顆粒：尺寸較小，通常為幾十微米，具有很好的流態(tài)化特征,，氣泡尺寸較小,，氣-固接觸效率高；

B組顆粒：尺寸較大,，通常為幾百微米,，氣固尺寸接觸效率低，顆粒不易循環(huán),；

C組顆粒：尺寸小,，通常<20um,。由于顆粒間的作用力遠(yuǎn)大于顆粒的重力,，顆粒表現(xiàn)為一定的團(tuán)聚性而不易流態(tài)化；

D組顆粒：尺寸大或密度高的顆粒,，如谷物,、鉛粒等。

影響粉體流動性的因素

粉體之所以流動,，其本質(zhì)是粉體中粒子受力的不平衡,，對粒子受力分析可知，粒子的作用力有重力,、顆粒間的黏附力,、摩擦力、靜電力等,，對粉體流動影響最大的是重力和顆粒間的黏附力,。

具體到相關(guān)參數(shù)，則包括顆粒的種類,、平均粒度,、粒度分布、濕含量,、顆粒形狀,、比表面積、密度,、存儲時間和顆粒間相互作用等,。

1.粉體粒度與粒度分布

粉體粒度是指其顆粒大小在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸，粒度分布是指若干個大小順序排列的一定范圍內(nèi)顆粒量占顆粒群總量的百分?jǐn)?shù),，主要通過簡單的表格,、圖形或函數(shù)的形式給出。

BT-9300S激光粒度儀

激光粒度儀是一種常用的粒度及粒度分布測試儀,，粒度分析儀通常把D(3,，2)，D(4,，3)以及D(50)的數(shù)值一起參考,，D(3，2)和D(4,，3)的值越接近,，說明樣品顆粒的形狀越規(guī)則,，粒度分布越集中。

2.粉體濕含量

當(dāng)含有少量水分時,，水分被吸附顆粒表面,，以表面吸附水的形式存在，對粉體的流動性影響不大,。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)生相對移動的阻力變大,，導(dǎo)致粉體的流動性下降,。當(dāng)水分增加到超過最大分子結(jié)合水時，水分含量越多其流動性指數(shù)越低,，粉體流動性越差,。

3.顆粒形態(tài)

顆粒的形態(tài)包括顆粒三維形狀和顆粒表面形態(tài)，三維形狀主要通過諸如球形度等形狀因數(shù)來表示,，顆粒表面形態(tài)主要采用進(jìn)行直觀觀察,。粒徑大小相等，形狀不同的粉末其流動性也不同,。顯而易見,，球形粒子相互間的接觸面積最小，其流動性最好,。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，故流動性差,。

4.粉體間相互作用

粉體間的摩擦性質(zhì)和內(nèi)聚性質(zhì)對粉體的流動性同樣有著很大的影響,。粒度和形態(tài)不同的粉體，其內(nèi)聚性和摩擦性對粉體流動性的影響程度是不同的,。

當(dāng)粉體粒度較大時,，粉體流動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性都較差。

當(dāng)粉體顆粒很小,，粉體的流動性主要取決于粉體顆粒間的內(nèi)聚力,，此時的體積力遠(yuǎn)小于顆粒間的內(nèi)聚力。

粉體流動表征方法

1.休止角法

與流體不同，當(dāng)粉體從容器流到平面時,，流下的粉體堆積在平面上且堆積尺寸隨粉體的流下而增加,，但堆積角保持不變，這個角即為粉體的休止角,，又稱安息角,，它是粉體在自身重力下運(yùn)動所形成的角。

休止角的測量方法很多,，有排出角法,、注入角法、滑動角法等,。

休止角是檢驗(yàn)粉體流動性的好壞的最簡便的方法,。休止角越小，摩擦力越小,，流動性越好,，一般認(rèn)為θ≤40°時可以滿足生產(chǎn)流動性的需要,。但同時要注意,，由于同一粉體可能會獲得不同的休止角，特別是細(xì)顆粒粉體具有較強(qiáng)的可壓縮性和團(tuán)聚性,，休止角與過程有關(guān),，所以休止角不是粉體的基本物性。

2.Carr流動性指數(shù)法

粉體流動性的測量方法很多,，很長一段時期都是簡單地根據(jù)粉體的休止角,、可壓縮性來預(yù)測粉體的流動性能，但是這些方法所考慮的因素都較為單一,，帶有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性,，往往實(shí)際操作中并不理想，難以很好地描述粉體流動性,。后來Carr通過對種粉體試樣的測定,，提出了一套比較全面的表征粉體流動情況的辦法，叫做流動性指數(shù)法,。

該方法通過對粉體的休止角,、壓縮率、平板角,、凝集度（或均齊度）等指標(biāo)進(jìn)行測定,，將流動性定為100分，上述每項,25分,，將4項得分之和分為7檔,。得分越高流動性越好，總得分高于80分一般不會堵結(jié)，低于60分則一般會架橋,。目前應(yīng)用范圍很廣,，且已有定型儀器，如日本細(xì)川密克朗公司的粉體綜合特性測試儀,。

細(xì)川密克朗粉體測試儀

3.Jenike法

Jenike法采用剪切儀來測定流動性能,。這種測試手段最早用于料倉設(shè)計中，但是現(xiàn)在它在測試粉體物質(zhì)的一般性能中發(fā)揮著越來越重要的作用,。通過剪切實(shí)驗(yàn)測定粉體樣品的內(nèi)摩擦角,、內(nèi)聚力、壁摩擦角等性能指標(biāo),，結(jié)合莫爾圓得到粉體的流動函數(shù)FF,，定量化地評價粉體流動性能。

直剪儀剪切原理圖

4.其他流動性評價方法

轉(zhuǎn)鼓法：歐洲藥典提出一種采用轉(zhuǎn)鼓測量藥物粉末流動性的新方法,，即將粉末顆粒裝入轉(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)生坊塌的次數(shù)N。N越大,，流動性越好,。

重力位移流變儀用來描述無約束條件下制劑組成和環(huán)境條件（濕度）對粘性粉體流動性的影響。隨著滾筒旋轉(zhuǎn),，稱重傳感器單元測量粉體崩塌時轉(zhuǎn)動慣量的變化,。

多元分析法：多元分析方法是研究多個自變量與因變量相互關(guān)系的一組統(tǒng)計理論和方法，主成分分析是一種降維或者把多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的分析方法,，其核心是保證在原始數(shù)據(jù)信息丟失最小的情況下,，對原始數(shù)據(jù)中有多個變量，即有多個主成分時,，實(shí)際只考慮貢獻(xiàn)率最大方差最大的主成分,。

參考來源

杜焰等.中藥粉體流動性表征方法研究

劉一.粉體體系堆積、流動特性及其與顆粒間作用力關(guān)系研究

吳福玉.粉體流動特性及其表征方法研究