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        ?專注粉末,粉體,顆粒

                  ?----測量與分析儀器解決方案。
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        中儀萬成
        ZHONGYIWANCHENG
        常用評價粉體物理特性和電性能方法
        來源: | 作者:中儀萬成 | 發布時間: 2019-07-19 | 2335 次瀏覽 | 分享到:

        常用評價粉體物理特性和電性能方法


        粉體流動-綜合分析 如下項目: 

        1.傳統測試方法:

        No 功能Function
        1. 松裝(自然堆積)密度bulk density
        2. 振實密度  tap density
        3. 安息角(休止角)Angel of repose
        4. 質量流速mass flow velocity 
        5. 體積流速volume flow rate 
        6. 崩潰角 Angle of collapse

        7. 平板角Flat Angle
        8. 空隙率Voidage
        9. 時間 time
        10. 差角angle of difference
        11. 分散性dispersibility
        12.流動指數(卡爾指數和豪斯納比)Flow index

         

        Hausner Ratio豪斯納比=振實密度/松裝密度

        對于自由流動的粉末,顆粒間的相互作用比較弱,振實密度接近于振實密度。對于流動性差的粉末,結果恰恰相反。它符合Hausner Ratio豪斯納比越接近于1,流動性就越好的規律。通常流動性差的粉體,比率都大于1.25

         

         

        卡爾指數與hausner比關系表

        卡爾指數

        Hausner

        評價

        10%

        1.00-1.11

        非常好

        11-15%

        1.12-1.18

        16-20%

        1.19-1.25

        良好或中等

        21-25%

        1.26-1.34

        尚可

        26-31%

        1.35-1.45

        32-37%

        1.46-1.59

        非常差

        38%

        1.60

        非常非常差

         

         

         

        卡爾指數=(振實密度-堆密度)/振實密度*100%

        卡爾指數

        評價

        5-15%

        非常好

        12-16%

        18-21%

        一般

        23-35%

         

        評價粉體流動特性

        的儀器。其測試項目包括休止角、崩潰角、平板角、分散度、松裝密度、振實密度等參

        數,通過上述測試數據得到差角、壓縮度、空隙率、均齊度等指標,還能通過卡爾指數

        得到流動性指數、噴流性指數等參數

        測定與計算項目及定義

        (1) 標準測定項目:

         

        l 振實密度:振實密度是指粉體裝填在特定容器后,對容器進行振動,從而破壞

        粉體中的空隙,使粉體處于緊密填充狀態后的密度。通過測量振實密度可以知

        道粉體的流動性和空隙率等數據。(注:金屬粉等特殊粉體的振實密度按相應的

        標準執行)。

         

        l 松裝密度:松裝密度是指粉體在特定容器中處于自然充滿狀態后的密度。該指

        標對存儲容器和包裝袋的設計很重要。(注:金屬粉等特殊粉體的松裝密度按相

        應的標準執行)。

         

        l 休止角:粉體堆積層的自由表面在靜平衡狀態下,與水平面形成的最大角度叫

        做休止角。它是通過特定方式使粉體自然下落到特定平臺上形成的。休止角對

        粉體的流動性影響最大,休止角越小,粉體的流動性越好。休止角也稱安息角、

        自然坡度角等。

         

        l

         

        崩潰角:給測量休止角的堆積粉體以一定的沖擊,使其表面崩潰后圓錐體的底

        角稱為崩潰角。

         

        平板角:將埋在粉體中的平板向上垂直提起,粉體在平板上的自由表面(斜面)

        和平板之間的夾角與受到震動后的夾角的平均值稱為平板角。在實際測量過程

        中,平板角是以平板提起后的角度和平板受到沖擊后除掉不穩定粉體的角度的

        平均值來表示的。平板角越小粉體的流動性越強。一般地,平板角大于休止角。

         

        分散度:粉體在空氣中分散的難易程度稱為分散度。測量方法是將 10 克試樣從

        一定高度落下后,測量接料盤外試樣占試樣總量的百分數。分散度與試樣的分

        散性、漂浮性和飛濺性有關。如果分散度超過 50%,說明該樣品具有很強的飛濺

        傾向。

         

        (2) 標準計算項目:

        l 差角:休止角與崩潰角之差稱為差角。差角越大,粉體的流動性與噴流性越強。

        l 壓縮度:同一個試樣的振實密度與松裝密度之差與振實密度之比為壓縮度。壓

        縮度也稱為壓縮率。壓縮度越小,粉體的流動性越好。

        l 空隙率:空隙率是指粉體中的空隙占整個粉體體積的百分比??障堵室蚍垠w的

        粒子形狀、排列結構、粒徑等因素的不同而變化。顆粒為球形時,粉體空隙率

        40%左右;顆粒為超細或不規則形狀時,粉體空隙率為 70-80%或更高

         

        空隙度:

        εn=[Vn-(W1-W0)/ρ]/Vn

        其中,Vnn 次振動后粉體的容積(參考附錄 1,金屬粉振實密度的測定方法);n

        振動次數(n=0 時為初期空隙率,n=∞為最終空隙率),測試空隙率時的振動次數以粉體

        表面不再下降為限;W1:填充粉體的后粉體與容器的總重量;W0:容器重量;ρ:樣品

        比重。

        10. 噴注性指數:

        噴流性指數是崩潰角、差角、分散度等項指數的加權和。從表 1 查得流動性指數、

        崩潰角、差角、分散度。這四個指數的總和稱為噴流性指數(flowability)。

         

        休止角的計算方法:

         

         

        崩潰角的計算方法

         

         

        差角的測定:差角即休止角與崩潰角之差

        差角(θ d =休止角(θ r —崩潰角(θ f

         

         

        平板角的計算方法

        平板角θ s =(θ s1 s2 /2

         

         

         

        分散度D s =(10—m) /10×100%

         

         

        計算松裝密度

         

         

        計算振實密度

         

        壓縮度(C p )的計算:

        測定松裝密度ρ a 和振實密度ρ p 后,就可以計算壓縮度C p 了:

        C p =(ρ p -ρ a /ρ p ×100%

        壓縮度反映粉體的流動特性。壓縮度越大,粉體的流動性就越差。

         

         

         均齊度的測定與計算:

        用粒度測定儀測出D 60 D 10 ,用下式計算均齊度:

        均齊度=D 60 /D 10

         

         

        流動性指數與部分粉體的物性值表:

        流動性指數的計算方法。對大量粉體進行測量后,

        用類似模糊數學中綜合平分的方法對定性的概念進行模糊量化。簡單地說,流動性指數

        是休止角、壓縮度、平板角、均齊度、凝集度等項指數的加權和。

        休止角、平板角、壓縮度、凝集度、均齊度的指數,這五

        個指數的總和稱為流動性指數(flowability)。注:流動指數與壓縮度有關。

         

         

         

        2.剪切法

        測量:粉體內部強度、流動函數、內部摩擦函數、密度、時間固結函數

        壁面摩擦函數、粘結指數、料斗設計、流動性評定、流動因子

        Jenike

        Carr指數法的基礎上,以粉體力學理論為基礎,Jenike提出了一整套表示料倉內粉體流動性的參數和料倉定量設計的方法及理論。Jenike的測試結果對粉體特性的反應較為準確,但是也有其弊端,即測試需要的粉體數量較大,并且測試儀器非常精密,測試過程要求嚴格,測試數據較多。Jenike法也不能反應出粉體顆粒的粒度組成,不適用于有毒、微量粉體的測試。Jenike 測試粉體物料的儀器主要有壓縮性測定儀、流動性能測定儀和透氣性測定儀。但是,對于大多數粉體,主要用有效內摩擦角、壁摩擦角、內摩擦角、容重和無側界屈服強度等5個性能指標來表示流動性能。

         

         

        3.粉體壓縮強度:

        顆粒在壓縮時要經歷初步壓縮、顆粒重排、初始結構形成、彈性形變、塑性形變、顆粒破碎、結合鍵形成、進一步壓實及去除壓力后的彈性恢復等系列變化,顆粒結構被破壞并發生重組形成新的結合鍵及壓縮體;通過對粉體施加屈服強度變形所需的主應力,來分析粉體的體積、空隙率,壓縮度與屈服強度關系即(主應力與粉體密度的變化關系), 

        采用經驗方程法: 

        Heckel、Kawakita、Adams方程及川北方程線性回歸方程的壓縮理論來分析粉體顆粒 

         

        4.轉鼓法(旋轉圓筒法)

        轉鼓中顆粒表面因流速不同從上到下可分為 3個區域:

        即稀疏流動區、致密流動區和蠕變區;

        剪切率的變化對顆粒流動特征和運動狀態具有決定性影響;

        顆粒在轉鼓中的運動有一個顯著特點,即可以大致分為流動表層和靜止底層兩個區域,將顆粒物質從靜止狀態發展到流動、再由流動通過堵塞轉變為靜止的全過程有機地統一起來。通

        過調節轉鼓的旋轉速度,可獲得顆粒的流動過程與流動狀態.根據轉鼓中顆粒流動層厚度或自由表面傾角,獲得流動層的剪切速率,進而計算得到顆粒物質的流動性. 不同轉速和轉鼓直徑下從中心到自由表面的致密流動區域內顆粒的剪切變形速率都具有線性變化特征,平均剪切率,

        反映顆粒流動的平均剪切變形能力,顆粒尺寸、形狀、摩擦因數及流動狀態等因素的影響。

         
        5.粉體電阻率 電導性 靜電荷

             分析粉體的電導率,阻抗特性,靜電荷等電性能指標.

         

        6.粉體表征-真密度(比重瓶法)

        真密度 (True Density )指材料在絕對密實的狀態下單位體積的固體物質的實際質量,即去除內部孔隙或者顆粒間的空隙后的密度

         
        7.粉體表征-壓實密度

            分析電池材料正極,負極材料,石墨類 特性


        8.粉體表征-濕度 水分

         

        9.粉體表征-篩分粒度


        10.粉體張力 濕潤性 接觸角


        11)粉末電絕緣性

         

         

         

         

         

         

         

         

        粉體流動性的影響因素

        粉體之所以流動,其本質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。影響粉體流動性的因素非常復雜,粒徑分布和顆粒形狀對粉體的流動性具有重要影響。此外,溫度、含水量、靜電電壓、空隙率、堆密度、粘結指數、內部摩擦系數、空氣中的濕度等因素也對粉體的流動性產生影響。通過分析粉體流動性的影響因素,對于采用科學的方法測量粉體流動性具有重要意義。

        1)粒度 

        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性;其次,粉體粒度越小,粒子間越容易吸附、聚集成團,黏結性增大,導致休止角增大,流動性變差;再次,粉體粒度,顆粒間容易形成緊密堆積,使得透氣率下降,壓縮率增加,粉體的流動性下降。

         2)形態

        除了顆粒粒徑意外,顆粒形態對流動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,以及不規則粒子間的剪切力,故流動性差

        3)溫度

        熱處理可使粉末的松裝密度和振實密度會增加。因為,溫度升高后粉末顆粒的致密度提高。但是當溫度升高到一定程度后,粉體的流動性會下降,因在高溫下粉體的黏附性明顯增加,粉粒與粉體之間或者粉體與器壁之間發生黏附,使得粉體流動性降低。如果溫度超過粉體熔點時,粉體會變成液體,使黏附作用更強

        4)水分含量

        粉末干燥狀態時,流動性一般較好,如果過于干燥,則會因為靜電作用導致顆粒相互吸引,使流動性變差。當含有少量水分時,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。水分繼續增加,在顆粒吸附水的周圍形成水膜,顆粒間發生相對移動的阻力變大,導致粉體的流動性下降。當水分增加到超過最大分子結合水時,水分含量越多其流動性指數越低,粉體流動性越差。

        5)粉粒間相互作用

        粉體間的摩擦性質和內聚性質對粉體的流動性同樣用著很大的影響。粒度和形態不同的粉體,其內聚性和摩擦性對粉體流動性的影響程度是不同的,當粉體粒度較大時,粉體流動性主要取決于粉體的形貌,體積力遠大于粉粒間的內聚力,表面粗糙的粉體顆?;蚴切螒B不均勻的粉體顆粒的流動性都較差。當粉體顆粒很小,粉體的流動性主要取決于粉體顆粒間的內聚力,此時的體積力遠小于顆粒間的內聚力。

         

         

        解決方案

        Solution

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