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第三章 粉体密度及流动性

加该层面的剪应力, 当剪应力达到某一值时, 粉体层将沿此面滑移。
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库仑定律:在粉体层中,压应力和剪应力之间有 一个引起破坏的极限。 即在粉体层的任意面上加一定的垂直应力,若沿 这一面的剪应力逐渐增加,当剪应力达到某一 值时,粉体沿此面产生滑移。
微元体在力作用下的变
形与运动
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库仑定律
•实验表明,粉体开始滑移时,滑移面上的切应力τ
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5、压缩度( compressibility)
压缩度表示物质压缩的程度,是粉体流动性的重 要指标,其大小反映粉体的凝聚性、松软状态。
C=(ρbt - ρb)/ ρbt ×100% C为压缩度;ρb为最松密度;ρbt为振实密度。 压缩度20%以下流动性较好。压缩度增大时流动 性下降。
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压缩机理 (1)压缩方式: 静压缩:对整个表面均匀的压缩 冲击压缩:撞击压缩、锤击压缩、爆炸压缩
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如果被密实的粉体试样不倒塌,(b)所示,则说明其 具有一定的密实强度,这一密实强度就是开放屈服强度。 倘若粉体试样倒塌了,(c)所示,则说明这种粉体的开 放屈服强度=0。
开放屈服强度值小的粉体,流动性好,不易结拱。
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7、流动函数
FF fc
:预密实应力
f
:开放屈服强度
c
流动函数 粉体的流 动性
颗粒或片剂的空气输送
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二、粉体流动性的评价与测定方法
粉体的摩擦角 粉体流动即颗粒群从运动状态变为静止状态所形 成的角是表征粉体流动状况的重要参数。
由于颗粒间的摩擦力和内聚力而形成的角统称为 摩擦角。
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1、休止角(安息角)( angle of repose) 休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状 态下,与水平面所形成的夹角。 用表示, 越小流动性越好 可视为粉体的“粘度”
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4、振实密度(tap density) ρbt
ρbt= w/V 填充粉体时,经一定规律振动或轻敲后测得 的密度称振实密度(tap density) ρbt。
若颗粒致密,无细孔和孔洞,则ρt = ρg 一般: ρt ≥ ρg > ρbt ≥ ρb
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二、粉体密度的测定方法 (一)真密度与颗粒粒度的测定:
(c) 量杯
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(1) 漏斗 (2) 阻尼箱 (3) 阻尼隔板 (4) 量杯 (5) 支架
松装密度测定装置二
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三、粉体的空隙率 空隙率(porosity)是粉体中空隙所占有的比率。 粒子内空隙率 内=(Vg-Vt ) / Vg =1-g / t 粒子间空隙率 间= ( V-Vg ) / V = 1- b/g 总空隙率 总= ( V -Vt ) / V =1- b/t
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对于细颗粒,安息角与粉体从容器流出的速度、 容器的提升速度、转筒的旋转速度有关。 安息角不是细颗粒的基本物性
几点讨论:
球形颗粒: a =23~28°,流动性好。 规则颗粒: a≈30°, 流动性较好。 不规则颗粒: a ≈35°, 流动性一般。 极不规则颗粒:a >40°, 流动性差。
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影响休止角的因素
当粉体颗粒B落在A上,粉体B 受到的重力为G,则在接触处 产生反作用力,其合力为P, 大小与G相等,但方向相反。
粉体自由堆积的孔隙率 往往比理论计算值大很多
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压缩度的测定
固定螺丝
物料
ρb V0
电动机
C bt b 100 % bt
ρbt
V1
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测定压缩度仪器———轻敲测定仪
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6、开放屈服强度 fc 粉体结拱现象
常用的测定方法: 注入法 排出法 倾斜角法
<
<
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休止角的测定方法
将粉体注入到某一有限直径 的圆盘中心上,直到粉体堆 积层斜边的物料沿圆盘边缘 自动流出为止,停止注入, 测定休止角θ。
h
tan=h/r
r 18
崩塌角:测定休止角后,将重物至某定高处自由 落下,使料堆产生振动,此时形成的锥角。
差角:休止角-崩塌角
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种类
现象或操作
流动性的评价方法
瓶或加料斗中的流出 流出速度,壁面摩擦角 重力流动
旋转容器型混合器,充填 休止角,流出界限孔径
振动流动 压缩流动
振动加料,振动筛 充填,流出
压缩成形(压片)
休止角,流出速度, 压缩度,表观密度
压缩度,壁面摩擦角 内部摩擦角
流化层干燥,流化层造粒
流态化流动
休止角,最小流化速度
粉体层相对应力的莫尔圆
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1 3 1 3 cos 2
2
2
1 3 sin 2
2
3
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库仑粉体:符合库仑定律的粉体 i C
粉体流动和临界流动的充要条件 莫尔-库仑定律: 粉体内任一点的莫尔应力圆在IYF的下方时,粉体 将处于静止状态;
IYF
粉体内某一点的莫尔应力圆与 IYF相切时,粉体处于临界 流动或流动状态。
(1) 颗粒的形状,粒子越接近于球形,其休止角 越小
(2) 颗粒的大小 (3 )粉体的填充状态
对于不同粉体,空隙率越大,填充越困难,休止角越大 对于同种粉体,空隙率越小,休止角越大(接触点增多)
(4) 振动 (5) 粉料中通入压缩空气时,休止角显著地减小
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2、 流出速度(flow velocity) 是将物料加入漏斗中,测量全部物料流出所需的时 间,即为流出速度。 粉体流动性差时可加入100 μm的玻璃球助流。 流出速度越大,粉体流动性越好。
开放屈服强度:与自由表面相垂直的表面上只有 正应力而无切应力。 此正应力是使拱破环的最大正应力,该值是粉体 的物性。
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0
0
OA
1 2
fc
fc 2 sin
i
OAc
c
tan i
fc
2 cosi 1 C sin i
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开放屈服强度测定
在一个筒壁无摩擦的、理想的圆柱形圆筒内,使粉体在 一定的密实最大主应力作用下压实。然后,取去圆筒, 在不加任何侧向支承的情况下,观测变化情况。
3.含湿量
适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。
4.加入助流剂的影响
加入0.5%~2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉
体的流动性。但过多使用反而增加阻力。
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3、内摩擦角 粉体层受力小,粉体层外观上不产生变化 作用力达到极限应力,粉体层突然崩坏 极限应力状态,由一对正压力和剪应力组成 在粉体层任意面上加一垂直应力,并逐渐增
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四、粉体的填充率 在一定填充状态下,颗粒体积占粉体体积的比率
粉体填充体的颗粒体积
粉体填充体积
M M
g b
b g
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第二节 粉体的流动性 一、粉体的流动性 粉体的流动性(flowability)与粒子的形状、大小、 表面状态、密度、空隙率等有关。
粉体的流动包括重力流动、压缩流动、流态化流 动等。
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二、分子间作用力
作用于粉体粒子分子间的范德华力
对于半径分别为R1及R2的两个 球形颗粒,分子间作用力FM为:
FM
A 6h 2
R1R2 R1 R2
对于球与平板:
FM
AR 12h 2
h——颗粒间距,nm A——哈马克(Hamaker)常数,J
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【例】 同种物质的直径为1μm的球形颗粒,其密度为 10×103kg/m3,当两者表面相距0.01 μm时,设 A=10-20 J,试判断这两个聚集的颗粒能否因重 力作用而分离?
是正应力σ的函数 f ( )
•当粉体开始滑移时,若滑移面上的切应力τ与正应
力σ成正比
i C (库仑粉体)
破坏包络线方程 27
f ( )
i C
C:初抗剪强度,与颗粒间附着力有关 C=0,可忽视粉体颗粒间的附着力,因此流动性好 C≠0,属于粘性粉体。 影响初抗剪强度的因素:温度,粒度及粒度分布, 存放时间和填充程度等。长期存放时间,C急剧增 加;振动,C急剧增加。
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内摩擦角:
N
N
F
F
G
F i N
物体在平面或斜面运动示意图
i (对无付着性粉体) i tan i
i 内摩擦角
粉体层上任意一点的应力关系
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莫尔圆:用二元应力系分析粉体层中某一点的应力
状态,根据莫尔理论,在粉体层内任意一点上的压
应力,剪应力τ,可用最大主应力1 、最小主应 力3 ,以及 、 τ的作用面和1的作用面之间的 夹角θ来表示,
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(二)松密度与振实密度的测定 将粉体装入容器中所测得的体积包括粉体真体积、 粒子内空隙、粒子间空隙等。 测量容器的形状、大小、物料的装填速度及装填 方式等均影响粉体体积。 不施加外力时所测得的密度为松密度 施加外力而使粉体处于最紧充填状态下所测得的 密度是振实密度。
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(a) 装配图
(b) 流速漏斗 松装密度测定装置一
常用的方法是用液体或气体将粉体置换的方法。 液浸法:采用加热或减压脱气法测定粉体所排开
的液体体积,即为粉体的真体积。
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比重瓶法
测量原理:将粉体置于加有液体介质的容器中,并让液 体介质充分浸透到粉体颗粒的开孔中。根据阿基米 德原理,测出粉体的颗粒体积,进而计算出单位颗粒 体积的质量。
比重瓶法测定基本步骤: (1)比重瓶体积的标定 (2)粉体质量的称量 (3)粉体体积的测定
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流出速度的测定
t M S R t
S0
b
M:流出粉体的总质量 S:粉体比表面积 R:粗糙度系数 S0:小孔面积
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粉体流动性的影响因素与改善方法
1.增大粒子大小
对于粘附性的粉状粒子进行造粒,以减少粒子间的接触点数,降低
粒子间的附着力、凝聚力。
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