粉末流动性能及特点.pdf

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1、PartI.粉末流动性质及行为特点傅晓伟PhD.FreemanTechnology,UK页数1©DKSH基本内容¾粉末介绍¾粉末的自然属性¾颗粒交互作用及粉末流动机制¾了解加工过程的环境和条件¾FT4测试方法，粉末性质参数及应用范围¾应用实例（PartII）页数2©DKSH粉末介绍页数3©DKSH粉末介绍粉末是最普遍的存在形式‐80%的产品都是以粉末形式存在的它几乎覆盖所有的工业，包括：¾制药¾陶瓷¾食品¾金属¾化工¾化妆品¾粉末涂料¾半导体¾墨粉¾塑料¾混凝土¾橡胶页数4©DKSH粉末是包含如下组分的独特材料：¾固相(颗粒)¾液相(存在

2、于颗粒表面或者结构内部的水分)¾气相(颗粒之间的空气)粉末=固相+液相+气相粉末是组成复杂的材料,拥有众多不同的性质，无法用单一参数来描述。这些不同的性质决定了粉末的行为。页数5©DKSH粉末的“行为”指的是什么?¾粉末是可压缩的，但压缩程度有多大?¾它们可能容易流动进入充模，或者通过料斗，产生搭桥或者阻塞流动。¾粉末可能黏附到器壁，或者非常容易滑动。¾空气能够通过粉末–粉末是可以透气的,但程度如何?¾某些对静电敏感，其他的则相反。¾粉末的性质会随着湿度增加而变化。某些粉末比其他的更具亲水性。¾一些粉末包含在应力下易破碎的颗粒。它们则容易

3、发生颗粒破碎。¾如果粉末容易充气，则可能发生溢流。其他的粉末则会迅速脱气而不会溢流。¾一些粉末对流动速率敏感–在低流动速率下对流动的阻力更高。页数6©DKSH为什么从事研发和生产的人员都会对粉末的行为特征感兴趣？粉末的行为特征会影响粉末在具体加工过程中的表现,比如：a)这种粉末是否会混合良好？b)它在储存或者振动后，会结块吗？c)它能否有效地流出料斗？d)暴露在高湿度环境下时，行为是否会改变？e)在填料/分装过程中，是否会达到准确的和恒定的加料量？Powders粉末的行为特征还会影响最终产品的特性，比如：a)药片性质–粉末性质决定药片重量

4、、硬度、溶解度和稳定性。b)粉末涂料–该粉末是否可以适当地流态化，并且均匀地喷涂在金属面板上，而不产生颗粒团聚？c)化工原料–这种粉状原材料是否粘性太高以至于无法用于客户的加工过程？是在研发（包括配方设计）和生产阶段都要考虑的问题！页数7©DKSH粉末的自然属性页数8©DKSH粉末的自然属性粉末=固相+液相+气相粉末的“行为”是其中单个组分的性质和组分之间的交互作用的函数。页数9©DKSH颗粒（固相）的性质Ref:MicroparticlesSciELOTrinityCollegeDublinU.S.GeologicalSurvey页数1

5、0©DKSH表面形貌Ref:Microparticles页数11©DKSH颗粒本身就很复杂，需要用一系列物理化学性质来描述：¾颗粒尺寸及分布¾弹性¾形状¾塑性¾表面结构¾孔隙度¾表面面积¾产生静电可能性¾密度¾内聚性¾硬度¾粘结性¾吸湿性¾非晶含量页数12©DKSH行为特征=fn(颗粒尺寸及分布)+fn(形状)+fn(硬度)+fn(孔隙度)+fn(表面结构)++fn(密度)+fn(内聚性)+fn(粘结性)+…….…加上它们所处加工过程环境的影响(固结，充气，湿度…….)很难使用数学模型来通过这些微观性质准确预测粉末的行为如果有12个参数，

6、每个有四种变化，则全部组合方式有1千6百万！页数13©DKSH如何测量粉末行为/宏观性质?¾以流动性质为例，有几种传统的技术¾卡尔指数（Carr’sIndex）、HausnerRatio、休止角、流速计¾这些方法虽然过时，但确实起过作用¾敏感性、区分性和数据重复性不理想¾每种方法只提供单一参数¾未考虑粉末在过程或者在实际应用中所处的环境和条件页数14©DKSH粉末行为特征举例松散堆积页数15©DKSH固结的堆积状态页数16©DKSH充气的/流态化的堆积状态页数17©DKSH不同充气和固结程度下的粉末行为变化流态化固结应力:低中高¾单一参数

7、？¾不考虑外部变量‐粉末在实际应用中所处的条件？页数18©DKSH外部变量变量何时何处发生变量何时何处发生•粉末间•振动/振实流动（剪切）速率•粉末与设备器壁固结•直接压力–料之间斗，中型散装•存储容器，小桶湿度•加工•人为引入–制粒•从料斗中卸料•重力式卸料静电•气动传输充气•混料•高剪切混合•气动传输•雾化给药储存时间•原材料/中间料页数19©DKSH颗粒交互作用及粉末流动机制页数20©DKSH颗粒交互作用及粉末流动机制1.1颗粒间的摩擦光滑/低摩擦颗粒页数21©DKSH1.1颗粒间的摩擦粗糙/高摩擦颗粒页数22©DKSH1.2颗粒与

8、器壁间的摩擦光滑/低摩擦颗粒页数23©DKSH1.2颗粒与器壁间的摩擦粗糙/高摩擦颗粒页数24©DKSH2.颗粒之间的机械咬合需要的一定的能量来分离颗粒页数25©DKSH3.1颗粒之间的液相桥