粉体的特性表征粉体的平均粒径

1、 第一部分第一部分 粉体成形原理粉体成形原理 1.1 颗粒和粉体的基本概念颗粒和粉体的基本概念 1.2 颗粒的物性及表征颗粒的物性及表征 1.3 粉体的物性粉体的物性 1.4 粉体成形原理粉体成形原理 1.1 颗粒和粉体的基本概念颗粒和粉体的基本概念 一一. .概念概念 粉体物料：常态下以较细的粉粒状态存在的物料，简称粉体。粉体物料：常态下以较细的粉粒状态存在的物料，简称粉体。 粉体物料是由无数颗粒组成的。从宏观角度看，颗粒是粉体粉体物料是由无数颗粒组成的。从宏观角度看，颗粒是粉体 物料的最小单元。物料的最小单元。 构成粉体颗粒的大小：几纳米数百微米几十毫米构成粉体颗粒的大小：几纳米数百微米几

2、十毫米 （小：电子显微镜才能看清大：肉眼可分辨的毫米）（小：电子显微镜才能看清大：肉眼可分辨的毫米） 粉体性能的基础：颗粒的大小（粒度）、分布（不同粒度颗粉体性能的基础：颗粒的大小（粒度）、分布（不同粒度颗 粒所占比例）、结构形态和表面形态等。粒所占比例）、结构形态和表面形态等。 粉体是同种或多种颗粒的集合体粉体是同种或多种颗粒的集合体 二二. . 粉体的分类：粉体的分类： u按粒径大小分：按粒径大小分： 大颗粒粉体、超微粉体大颗粒粉体、超微粉体 u超微粉体（超细粉体）超微粉体（超细粉体）- - 粒径小于粒径小于100100微米。微米。 u 又分为：微米粉体（又分为：微米粉体（1 1100um

3、100um）；亚微米粉体（）；亚微米粉体（0.10.1 1um1um）；纳米粉体（）；纳米粉体（1 1100nm100nm，即，即0.0010.0010.1um0.1um） u按组成形式分：按组成形式分： u单分散粉体组成粉体的颗粒的大小、形状都一样。单分散粉体组成粉体的颗粒的大小、形状都一样。 （自然界少见，尤其是超微单分散粉体极为罕见，化学人工（自然界少见，尤其是超微单分散粉体极为罕见，化学人工 合成可得，物理机械方法难得）合成可得，物理机械方法难得） u多分散粉体多分散粉体参差不齐的不同大小的颗粒组成，形状各异。参差不齐的不同大小的颗粒组成，形状各异。 绪绪 论论 三三. . 颗粒的分类

4、颗粒的分类 u按颗粒的构成分：按颗粒的构成分： 原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒 1 1） 原级颗粒：最先形成粉体物料的，第一次以固态原级颗粒：最先形成粉体物料的，第一次以固态 存在的颗粒。一次颗粒、基本颗粒存在的颗粒。一次颗粒、基本颗粒 是构成粉体的最小单元，形状：立方体、针状、球是构成粉体的最小单元，形状：立方体、针状、球 状、不规则晶体状状、不规则晶体状 原级颗粒的分散状态，单独存在的大小、形状原级颗粒的分散状态，单独存在的大小、形状最最 能反映粉体的固有性能能反映粉体的固有性能 绪绪 论论 2 2） 聚集体颗粒：原级颗粒靠某种化学

5、力与其表面聚集体颗粒：原级颗粒靠某种化学力与其表面 相连、堆积而成的。二次颗粒。（硬团聚）相连、堆积而成的。二次颗粒。（硬团聚） 是在加工、制造过程中因物理、化学作用形成的是在加工、制造过程中因物理、化学作用形成的 （高温脱水、晶型转换、晶体生长、熔融等），（高温脱水、晶型转换、晶体生长、熔融等）， 结合力强，很难分散。结合力强，很难分散。 聚集体颗粒的总表面积聚集体颗粒的总表面积 凝聚体颗粒凝聚体颗粒 聚集体颗粒聚集体颗粒 4 4） 絮凝体颗粒絮凝体颗粒在液固分散体系中，颗粒间的物理力松散在液固分散体系中，颗粒间的物理力松散 结合形成的粒子群。结合形成的粒子群。 易解絮，可通过微弱的剪切力、

6、表面活性剂（分散剂）来解易解絮，可通过微弱的剪切力、表面活性剂（分散剂）来解 絮。絮。 长期贮存的粉体材料，都可看成是大气水分形成的液固分散长期贮存的粉体材料，都可看成是大气水分形成的液固分散 体系体系故有絮凝体产生故有絮凝体产生松散的絮团料块松散的絮团料块 绪绪 论论 4 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 4 粉体特性的表征粉体特性的表征 4 粉体的粒度与比表面测定粉体的粒度与比表面测定 1.2、颗粒和粉体的物性与表征、颗粒和粉体的物性与表征 1.2.1 1.2.1 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 一、颗粒的大小一、颗粒的大小 颗粒的大小用颗粒在空间范围所占据的线性尺寸颗粒的大小用

7、颗粒在空间范围所占据的线性尺寸 表示。表示。 球形颗粒球形颗粒直径就是粒径（直径就是粒径（particle diameter）。）。 粉体系统的颗粒平均大小称为粒度（粉体系统的颗粒平均大小称为粒度（particle size），习惯上将粒径和粒度两词通用。），习惯上将粒径和粒度两词通用。 非球形颗粒非球形颗粒用球体、立方体或长方体的代表用球体、立方体或长方体的代表 尺寸表示。最普遍的用球体当量直径或当量径尺寸表示。最普遍的用球体当量直径或当量径 （equivalent diameter）。当量直径与颗粒的各物）。当量直径与颗粒的各物 理意义相对应。理意义相对应。 直径直径d直径直径d、高度、高

8、度h？ 颗粒的大小颗粒的大小 1.2.1 1.2.1 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 人为规定了一些所谓尺寸的表征方法人为规定了一些所谓尺寸的表征方法 粒径表示方法 当量径 三维尺寸 ( 三轴径 ) 统计平均径 粒度的分布 频率分布 累计分布 平均粒径 尺寸分布宽度 1.2.1 1.2.1 颗粒大小和形状表征颗粒大小和形状表征 当量径当量径 粉体颗粒的尺寸 1）当量径 粉体颗粒的尺寸 1）当量径 国际标准筛制：国际标准筛制：tyler(tyler(泰勒泰勒) )标准标准 单位：目单位：目 目数为筛网上目数为筛网上1 1英寸（英寸（25.4mm25.4mm）长度内的网孔数）长度内的网孔数

9、da m 4 .25 (a，d单位单位mmmm) 25.4 a d 当量径当量径-筛分径筛分径 粉体颗粒的尺寸 1）当量径 当量径当量径 筛分径：当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的筛分径：当颗粒通过粗筛网并停留在细筛网上时，粗细筛孔的 孔径范围称为筛分径。孔径范围称为筛分径。 例：粉末的粒径为例：粉末的粒径为45456060目表示该粉末可通过目表示该粉末可通过4545目粗筛网，而停目粗筛网，而停 留在留在6060目筛网上。目筛网上。 目数目数-表示标准筛的筛孔尺寸的大小。表示标准筛的筛孔尺寸的大小。 在泰勒标准筛中，所谓网目就是在泰勒标准筛中，所谓网目就是2.54cm2.54cm（

10、1 1英寸）长度中的筛孔英寸）长度中的筛孔 数目，并简称为目。数目，并简称为目。 例如，例如，200200目的筛子，是指这种筛子每目的筛子，是指这种筛子每2.54cm2.54cm长度的筛网长度的筛网 有有200200个筛孔，其筛孔尺寸为个筛孔，其筛孔尺寸为0.075mm0.075mm（网目越少，筛孔尺（网目越少，筛孔尺 寸越大）。细度为寸越大）。细度为200200目占目占70%70%，即表示小于，即表示小于0.0750.075毫米的毫米的 颗粒含量占颗粒含量占70%70%。 粒度与目的关系为：粒度与目的关系为： 目数目数 粒度（粒度（m)=0.0143m)=0.0143 如：超微细为如：超微细

11、为12501250目，其粒度为目，其粒度为.0143/1250=11.44m.0143/1250=11.44m 纳米定义是小于纳米定义是小于100nm100nm，则目数为：，则目数为：0.01430.0143（1001001010-9 -9） ） =1.43=1.4310105 5( (即即14.314.3万目万目) ) 由于存在开孔率的问题，也就是因为编织网时用的丝的粗细由于存在开孔率的问题，也就是因为编织网时用的丝的粗细 的不同，不同的国家的标准也不一样，目前存在美国标准、的不同，不同的国家的标准也不一样，目前存在美国标准、 英国标准和日本标准三种，我国使用的是美国标准，也就是英国标准和日

12、本标准三种，我国使用的是美国标准，也就是 可用上面给出的公式计算。可用上面给出的公式计算。 第一章第一章 颗粒物性颗粒物性 目 数 粒 径 对 照 表 等体积当量径的测量仪器等体积当量径的测量仪器 库尔特计数器库尔特计数器 小孔管浸泡在电解液中。小孔管内外各有一电极，电流可通过孔管壁上的小孔管浸泡在电解液中。小孔管内外各有一电极，电流可通过孔管壁上的 小圆孔从阳极流到阴极。小孔管内部处于低气压状态，因此管外的液体将源小圆孔从阳极流到阴极。小孔管内部处于低气压状态，因此管外的液体将源 源不断地流到管内。测量时将颗粒分散在液体中，颗粒就跟着液体一起流动。源不断地流到管内。测量时将颗粒分散在液体中，

13、颗粒就跟着液体一起流动。 当其经过小孔时，两电极之间的电阻增大。当电源是恒流源时，两极之间会当其经过小孔时，两电极之间的电阻增大。当电源是恒流源时，两极之间会 产生一个电压脉冲，其峰值正比于小孔电阻的增量，也正比于颗粒体积；在产生一个电压脉冲，其峰值正比于小孔电阻的增量，也正比于颗粒体积；在 圆球假设下，可换算成粒径。仪器只要准确测出每一个电压脉冲的峰值，即圆球假设下，可换算成粒径。仪器只要准确测出每一个电压脉冲的峰值，即 可得出各颗粒的大小，统计出粒度分布。可得出各颗粒的大小，统计出粒度分布。 粉体颗粒的尺寸 2）三轴径 三维尺寸，三轴径（三维尺寸，三轴径（diameter of the t

14、hree dimensions） 最稳放置（重心最低）于每边与其相切的长方体中，长最稳放置（重心最低）于每边与其相切的长方体中，长 方体的三边（长方体的三边（长l，宽，宽b，高，高h）称为颗粒的三轴径。）称为颗粒的三轴径。 三轴径可用来表征不规则形状的颗粒大小。三轴径可用来表征不规则形状的颗粒大小。 由三轴径计算的各平均直径（由三轴径计算的各平均直径（dm）及物理意义见下表）及物理意义见下表 h b l 粉体颗粒的尺寸 2）三轴径 粉体颗粒的尺寸 3）投影径 投影径：利用显微投影径：利用显微 镜观察颗粒的投影，镜观察颗粒的投影， 沿一定方向沿一定方向可测量可测量 颗粒的粒径。颗粒的粒径。 （统

15、计粒径，是平（统计粒径，是平 行于一定方向测得行于一定方向测得 的线度）的线度） （a） （c） （b） （d） s1 s2 定向最大径定向最大径dk martin径径 feret径径 对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向 的平均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。的平均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。 粉体颗粒的尺寸 表征粒径说明 粉体颗粒的尺寸 表征粒径说明 颗粒不规则，颗粒不规则，martin径和径和feret径与径与 颗粒取向有关，众多颗粒统计平均，则颗粒取向有关，众多颗粒统计平均，则 取向偏差可抵消，取向偏差可抵

16、消，反映真实大小。反映真实大小。 同一种颗粒，采用不同测量方法得到同一种颗粒，采用不同测量方法得到 的粒径值不尽相同。选用的粒径测定方的粒径值不尽相同。选用的粒径测定方 法取决于希望控制的工艺过程，例如：法取决于希望控制的工艺过程，例如： 颜料投影面积重要，选投影径；颜料投影面积重要，选投影径； 药剂表面积重要，选表面积直径药剂表面积重要，选表面积直径 粒径之间的关系粒径之间的关系 martin径、径、feret径和投影面积相当径和投影面积相当 径径dh的关系见的关系见 右图，实验测量了右图，实验测量了254个个 粒径粒径3877微米的颗粒。三者关系微米的颗粒。三者关系df dh dm 。若长

17、短径比小，用。若长短径比小，用dm代替代替dh 偏差不会太大，但细长颗粒则偏差较大。偏差不会太大，但细长颗粒则偏差较大。 二、颗粒的形状二、颗粒的形状 粉体颗粒的尺寸 表征粒径说明 粉体颗粒的形状 a) 角状角状sic颗粒颗粒 c) 球状球状al2o3颗粒颗粒 b) 卵石状卵石状al2o3颗粒颗粒 d) 片状片状al2o3颗粒颗粒 粉体颗粒的形状 a）树枝状；）树枝状；c）纤维状；）纤维状；b）d）针状）针状 氧化锌颗粒氧化锌颗粒 纳米金颗粒纳米金颗粒 粉体颗粒的形状 聚合物球状颗粒聚合物球状颗粒 粉体颗粒的形状 粉体颗粒的形状 举例：金刚石分形机按形状分选举例：金刚石分形机按形状分选 倾角、

18、振动频率和振幅，金刚石倾角、振动频率和振幅，金刚石 颗粒摩擦系数颗粒摩擦系数 摩擦系数大摩擦系数大 向上向上 （如片状（如片状,树枝状等不规则颗粒）树枝状等不规则颗粒） 摩擦系数小摩擦系数小 向下向下 （如球形或卵石状颗粒）（如球形或卵石状颗粒） 粉体颗粒的形状 颗粒形状的定量表示形状系数颗粒形状的定量表示形状系数 颗粒的三轴径、投影径颗粒的三轴径、投影径 颗粒最稳放置外接长方体的尺寸：长颗粒最稳放置外接长方体的尺寸：长l，宽，宽b，高，高h （1）球形度）球形度 （2）扁平度）扁平度m与延伸度与延伸度n （3）表面积形状系数）表面积形状系数 （4）体积形状系数）体积形状系数 （4）比表面积形

19、状系数）比表面积形状系数 （5）斯托克斯形状系数）斯托克斯形状系数 粉体颗粒的形状 与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比 可以看出：可以看出： 1) ； 2) 颗粒为球形时，颗粒为球形时， 达最大值。达最大值。 1 ( (1 1) )球形度球形度 粉体颗粒的形状 2 2 2 s v s v d d d d 颗粒的表面积 等体积球的表面积 各种颗粒的球形度各种颗粒的球形度 粉体颗粒的形状 一个任意形状的颗粒，测得该颗粒的长、宽、高为一个任意形状的颗粒，测得该颗粒的长、宽、高为l、 b、h，定义方法与前面讨论颗粒大小的三轴径规定，定义方法与前面讨论颗

20、粒大小的三轴径规定 相同，则：相同，则： h b m 颗粒的高度 颗粒的宽度 b l n 颗粒的宽度 颗粒的长度 扁平度扁平度 延伸度延伸度 ( (2 2) )扁平度扁平度m m与延伸度与延伸度n n 粉体颗粒的形状 若以若以q表示颗粒的几何特征，如面积、体积，表示颗粒的几何特征，如面积、体积， 则则q与颗粒粒径与颗粒粒径d的关系可表示为：的关系可表示为： p kdq 式中，式中，k即为形状系数。即为形状系数。 形状系数形状系数 粉体颗粒的形状 2 j sj d s (j表示对于该种粒径的规定表示对于该种粒径的规定) 6 立方体 球 与与的差别表示颗粒形状对于球形的偏离的差别表示颗粒形状对于球

21、形的偏离 (3) 表面表面积积形状形状系数系数 粉体颗粒的形状 (j表示对于该种粒径的规定表示对于该种粒径的规定) (4) 体积体积形状形状系数系数 粉体颗粒的形状 3 j v d v j 1 6 立方体 球 j j v v 与与 的差别表示颗粒形状对于球形的偏离的差别表示颗粒形状对于球形的偏离 j v 6 粉体颗粒的形状 sv 表面积形状系数与体积形状系数的比值表面积形状系数与体积形状系数的比值 vj sj svj (5) 比表面积形状系数比表面积形状系数 粉体颗粒的形状 一些规则几何体的形状系数一些规则几何体的形状系数 s v sv 粉体颗粒的形状 (6) stokes形状系数形状系数 粉

22、体颗粒的形状 2 , 18 vfp t v st t v gd u u u k t u st u , - 非球形颗粒的自由沉降速度，非球形颗粒的自由沉降速度， - 球形颗粒的自由沉降速度球形颗粒的自由沉降速度 83. 0 实验研究结果实验研究结果 颗粒形状术语颗粒形状术语 n球形球形 spherical n立方体立方体 cubical n片状片状 platy，disc n棱柱状棱柱状 prismoidal n鳞状鳞状 flaky n海绵状海绵状 sponge n块状块状 blocky n尖角状尖角状 sharp n圆角状圆角状 round n多孔多孔 porous 粒状粒状 granular

23、棒状棒状 rod-like 针状针状 needle-like，acicular 纤维状纤维状 fibrous 树枝状树枝状 dendritic 聚集状，团簇状聚集状，团簇状 glomerate aggregative 中空中空 hollow 毛绒的毛绒的 fluffy，nappy 粉体颗粒的形状 1.2.2 粉体颗粒粒径分布 粒径分布（粒径分布（particle diameter distribution） 又称粒度分布，是指用简单的表格、绘图和函数形式表又称粒度分布，是指用简单的表格、绘图和函数形式表 示粉体颗粒群粒径的分布状态。示粉体颗粒群粒径的分布状态。 单分散体系（单分散体系（mono

24、disperse）可用单一的粒径表示。）可用单一的粒径表示。 实际粉体的颗粒大小不等，是多分散体系（实际粉体的颗粒大小不等，是多分散体系（polydisperse），）， 颗粒粒径大小服从统计学规律颗粒粒径大小服从统计学规律将粒径设为连续的随机将粒径设为连续的随机 变量。变量。 粒径分布 1）频率分布 （1）表格表示法）表格表示法 （2）作图表示法）作图表示法 直方图（组距直方图（组距-频率）频率） 频率分布曲线（回归成光滑曲线）频率分布曲线（回归成光滑曲线） 分布函数式微分函数分布函数式微分函数 频率分布：表示各个粒径相对应的颗粒百分含量（微分型）频率分布：表示各个粒径相对应的颗粒百分含量（

25、微分型） 频率与颗粒大小的关系频率与颗粒大小的关系 百分含量的基准：颗粒个数，体积，质量，长度，面积百分含量的基准：颗粒个数，体积，质量，长度，面积 （1）表格表示法）表格表示法 粉体颗粒粒径分布 频率频率 % % 粒度粒度 直方图（组距直方图（组距-频率）频率） （2）作图表示法）作图表示法 粉体颗粒粒径分布 频率分布曲线（回归成光滑曲线）频率分布曲线（回归成光滑曲线） 频度频度% % 粒度粒度 正态分布：正态分布： 2 2 0 2 )( exp 2 1 )( dd df （ d d +） -中位径，统计学中的数学期望值中位径，统计学中的数学期望值 -标准偏差标准偏差 0 d 分布函数式微分

26、函数分布函数式微分函数 粒径分布 2）累积分布 大于（或小于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量大于（或小于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量 与该粒径的关系与该粒径的关系-累积分布函数式累积分布函数式积分函数积分函数 （1）筛下累积方式）筛下累积方式 （）(100%-0) r(dp) 颗粒的频率分布和累积分布颗粒的频率分布和累积分布 )( p df )( )( )( )( p p p p dd ddr dd ddd 粉体颗粒粒径分布 3）表征粒径分布的特征参数 （1）中间尺寸中间尺寸 又称又称中位粒径中位粒径，指颗粒百分数达到，指颗粒百分数达到50所对应的颗粒尺寸。所对应的颗粒尺寸。累累 积分

27、布图积分布图中很容易找到。中很容易找到。 （2）最大频率尺寸最大频率尺寸 又称又称最频粒径最频粒径，指，指频率分布图频率分布图中颗粒频率峰值所对应的颗粒尺中颗粒频率峰值所对应的颗粒尺 寸，即在颗粒群中个数和质量出现概率最大的颗粒粒径。频率分寸，即在颗粒群中个数和质量出现概率最大的颗粒粒径。频率分 布式的一阶导数为零可求最频粒径。布式的一阶导数为零可求最频粒径。 （a）频率分布图）频率分布图 （b）累积分布图）累积分布图 4）粉体颗粒尺寸分布宽度 粒度分布宽度表示法有粒度分布宽度表示法有span 法法, 标准偏差法标准偏差法, 粒度频率分布粒度频率分布 图法和粒度累积分布图法。这些方法的定义不同

28、图法和粒度累积分布图法。这些方法的定义不同, 适用场合也适用场合也 不同。不同。 (1) span 法法 定义定义: span= x(0.9)- x(0.1)/x(0.5) 式中式中: x (0.9)-粒度累积分布图上累积百分数粒度累积分布图上累积百分数90%所对应的颗粒直径所对应的颗粒直径 x (0.1)-粒度累积分布图上累积百分数粒度累积分布图上累积百分数10%所对应的颗粒直径所对应的颗粒直径 x (0.5)-粒度累积分布图上累积百分数粒度累积分布图上累积百分数50%所对应的颗粒直径所对应的颗粒直径 span 值是一个无量纲量值是一个无量纲量, 表示较大颗粒与较小颗粒粒径差表示较大颗粒与较

29、小颗粒粒径差 与平均粒径的相对变化率。只有在平均粒径相等的情况下与平均粒径的相对变化率。只有在平均粒径相等的情况下, 才能用才能用span 法来比较颗粒群之间的分布宽度。法来比较颗粒群之间的分布宽度。 一些进口粒度分析仪一些进口粒度分析仪, 如英国如英国malvern 公司的公司的mastersize 激激 光粒度仪就用光粒度仪就用span 法表示被测粒度的分布宽度。法表示被测粒度的分布宽度。 4）粉体颗粒尺寸分布宽度 (2) 标准偏差法标准偏差法 式中式中: ni-某一直径范围的颗粒数某一直径范围的颗粒数; xi-某一直径范围某一直径范围; -颗粒群的平均直径颗粒群的平均直径; n-颗粒总数

30、颗粒总数 标准偏差法是从概率统计学角度定义的一种表示粒度分布标准偏差法是从概率统计学角度定义的一种表示粒度分布 的宽度表示法的宽度表示法, 表示颗粒群颗粒直径偏离平均直径的程度表示颗粒群颗粒直径偏离平均直径的程度, 越大越大, 颗粒群的直径偏离平均直径的程度越大颗粒群的直径偏离平均直径的程度越大, 粒度分布越宽。粒度分布越宽。 与与span 法相同法相同, 标准偏差法也只适用于平均直径相同的情况。标准偏差法也只适用于平均直径相同的情况。 x 4）粉体颗粒尺寸分布宽度 为表征颗粒尺寸的分布特征，定义颗粒尺寸分布宽度。为表征颗粒尺寸的分布特征，定义颗粒尺寸分布宽度。 目前还没有评价颗粒尺寸分布特征

31、的统一标准，表征的分目前还没有评价颗粒尺寸分布特征的统一标准，表征的分 布特征见表。布特征见表。 d/尺寸分布宽度： d/ （3） 图表法图表法 同一颗粒群不同特征物理量所对应的粒度分布特征方程同一颗粒群不同特征物理量所对应的粒度分布特征方程 差别很大。两种不同粒度的颗粒群差别很大。两种不同粒度的颗粒群, 在在平均粒径平均粒径或或最大粒径最大粒径大大 致相等的情况下致相等的情况下, 在粒度在粒度频率分布图频率分布图上可以很容易比较两颗粒上可以很容易比较两颗粒 群粒度分布的宽窄群粒度分布的宽窄, 见图见图1、图、图2, f2( x) 物料的粒度分布宽度物料的粒度分布宽度 大于大于f1( x) 物

32、料。物料。 4）粉体颗粒尺寸分布宽度 若两颗粒群若两颗粒群最大粒径最大粒径大致相等的话大致相等的话, 在在累积分布图累积分布图上也可清楚上也可清楚 地比较出两颗粒群粒度分布的宽窄地比较出两颗粒群粒度分布的宽窄, 见图见图3。s1( x) 物料的分布物料的分布 宽度大于宽度大于s2( x) 物料。物料。 4）粉体颗粒尺寸分布宽度 a b cd 若两颗粒群若两颗粒群最大粒径最大粒径大致相等的话大致相等的话, 在在累积分布图累积分布图 上也可清楚地比较出两颗粒群粒度分布的宽窄上也可清楚地比较出两颗粒群粒度分布的宽窄 算术平均径 nndda 长度平均径 ndnddl 2 面积平均径 nndds 2 粉

33、体平均粒径计算公式粉体平均粒径计算公式 1.2.3 粉体的平均粒径粉体的平均粒径 粉体的特性表征粉体的特性表征 粉体的平均粒径粉体的平均粒径 1.2.4 颗粒间的作用力颗粒间的作用力 颗粒间的的作用力颗粒间的的作用力 1）颗粒间的范德华力）颗粒间的范德华力 2）颗粒间的静电作用力）颗粒间的静电作用力 3）颗粒间的毛细力）颗粒间的毛细力 颗粒的团聚性颗粒的团聚性 z0 z0 1 1）颗粒间的范德华力）颗粒间的范德华力 是组成颗粒的众多分子间的分子力的总和是组成颗粒的众多分子间的分子力的总和 颗粒在真空中颗粒在真空中 颗粒在介质中颗粒在介质中 颗粒与平板之间颗粒与平板之间 吸附气体作用于颗粒，增大

34、颗粒间的范德华力吸附气体作用于颗粒，增大颗粒间的范德华力 颗粒的接触变形，增加接触面积，增加距离较近的颗粒的接触变形，增加接触面积，增加距离较近的 分子数，则增大颗粒间的范德华力分子数，则增大颗粒间的范德华力 表面粗糙度增大，将降低范德华力表面粗糙度增大，将降低范德华力 21 21 2 0 vdw dd dd z12 a f 2 0 vdw z12 da f 12 aa 221112 aaa 2 221112 )(aaa 微粒可以看做是大量分子的集合体。微粒可以看做是大量分子的集合体。hamakerhamaker假设，微粒间假设，微粒间 的相互作用等于组成它们的各分子之间的相互作用的加和。的相

35、互作用等于组成它们的各分子之间的相互作用的加和。 aahamakerhamaker常数，它是物质的特征常数，与组成微粒的分子常数，它是物质的特征常数，与组成微粒的分子 之间的相互作用有关。之间的相互作用有关。 2 2）颗粒间的静电力）颗粒间的静电力 相互接触的颗粒有相互运动时，颗粒间将有电荷的转相互接触的颗粒有相互运动时，颗粒间将有电荷的转 移。由于电荷的转移颗粒将带电，引起颗粒间的作用移。由于电荷的转移颗粒将带电，引起颗粒间的作用 力存在，称为静电力。力存在，称为静电力。 ) z2 1 ( 0 2 21 dd qq f e 一些单元操作中颗粒带电强度的参考值一些单元操作中颗粒带电强度的参考值

36、 在某些情况下电荷随时间积累而积累，颗粒获得的最大在某些情况下电荷随时间积累而积累，颗粒获得的最大 电荷量受限于其周围介质的击穿强度，在干空气中约为电荷量受限于其周围介质的击穿强度，在干空气中约为 1.661.66101010 10电子 电子/cm/cm2 2，但实际观测值要低很多。，但实际观测值要低很多。 随着电荷所产生的电场强度增加，当电荷的电场强度大随着电荷所产生的电场强度增加，当电荷的电场强度大 于空气的击穿强度时，会由于电荷的突然放电而产生爆于空气的击穿强度时，会由于电荷的突然放电而产生爆 炸的危险。炸的危险。 3 3）颗粒间液桥力）颗粒间液桥力- -毛细力分析毛细力分析 实际的粉体

37、颗粒间往往存在水分，在颗粒间形成实际的粉体颗粒间往往存在水分，在颗粒间形成 液桥液桥，液桥的水分的表面张力的收缩作用将引起对两，液桥的水分的表面张力的收缩作用将引起对两 颗粒间的牵引力，称为颗粒间的牵引力，称为毛细力毛细力。 毛细力（液桥力）比分子力（范德华力）约毛细力（液桥力）比分子力（范德华力）约大大1-2 个数量级。个数量级。因此在湿空气中颗粒的凝聚主要是液桥力因此在湿空气中颗粒的凝聚主要是液桥力 造成的，而干燥粉体则是范德华力起作用。因此在空造成的，而干燥粉体则是范德华力起作用。因此在空 气状态下，保持粉体干燥是防止结团的极重要措施。气状态下，保持粉体干燥是防止结团的极重要措施。 毛细

38、力分析毛细力分析 1.2.5 1.2.5 颗粒的团聚性颗粒的团聚性 颗粒彼此互不相干，能自由运动的状态颗粒彼此互不相干，能自由运动的状态分散分散； 气气/ /液相中，由于相互作用力形成聚合的状态液相中，由于相互作用力形成聚合的状态团聚团聚 颗粒的分散技术：颗粒的分散技术： 化工领域化工领域涂料涂料/ /染料染料/ /油墨油墨/ /化妆品等，分散及分散稳定性化妆品等，分散及分散稳定性 影响产品的质量和性能；影响产品的质量和性能； 材料科学材料科学复合材料和纳米材料的制备的成败与超微粉体复合材料和纳米材料的制备的成败与超微粉体 的分散稳定性紧密相关；的分散稳定性紧密相关； 原级颗粒、聚集体颗粒、凝

39、聚体颗粒、絮凝体颗粒原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒 团聚机理的三种状态：聚集体（面相接，难分散）、团聚机理的三种状态：聚集体（面相接，难分散）、 凝聚体（点凝聚体（点/ /角相接，较易分散）、絮凝体（更松散，角相接，较易分散）、絮凝体（更松散， 空气相对湿度空气相对湿度65%65%时）时） 团聚原因：颗粒间作用力和空气的湿度团聚原因：颗粒间作用力和空气的湿度 一、团聚的评价标准一、团聚的评价标准 团聚准数：团聚准数： 当颗粒尺寸小于当颗粒尺寸小于1um时，尺寸减小，团聚准时，尺寸减小，团聚准 数增大。数增大。 团聚强度：团聚强度： 随颗粒尺寸的减小团聚强度迅速增加随颗粒尺寸的减小

40、团聚强度迅速增加 mg f c erint 0 2 1 d f p 二、二、 颗粒在空气中的团聚与分散颗粒在空气中的团聚与分散 空气中团聚的主要原因：空气中团聚的主要原因： 1 1）颗粒间的作用力）颗粒间的作用力 静电力静电力 范德华力范德华力 65%(65%时时) ) 分散的途径：分散的途径： 1 1）机械分散）机械分散 2 2）干燥分散）干燥分散 3 3）表面改性）表面改性 4 4）静电分散）静电分散 分散的途径：分散的途径： 1）机械分散）机械分散 机械力机械力黏着力，强制分散黏着力，强制分散 但作用力未改变，离开分散器后有可能重新聚团；且但作用力未改变，离开分散器后有可能重新聚团；且

41、易导致脆性颗粒被粉碎；设备磨损后分散效果会下降。易导致脆性颗粒被粉碎；设备磨损后分散效果会下降。 2）干燥分散）干燥分散 杜绝液桥产生或破坏已有液桥，加温干燥处理杜绝液桥产生或破坏已有液桥，加温干燥处理 3）表面改性）表面改性 采用物理采用物理/化学方法，有目的地改变颗粒表面物理化学性化学方法，有目的地改变颗粒表面物理化学性 质，使其具有新的机能并提高分散性；不同的改性剂不同掺质，使其具有新的机能并提高分散性；不同的改性剂不同掺 入量其分散效果不同入量其分散效果不同 4）静电分散）静电分散 同质颗粒表面带电相同，静电力起排斥作用。接触带电、同质颗粒表面带电相同，静电力起排斥作用。接触带电、 感

42、应带电、电晕带电等方法使颗粒带电感应带电、电晕带电等方法使颗粒带电 三、三、 颗粒在液体中的团聚与分散颗粒在液体中的团聚与分散 颗粒表面润湿形成固、液、气三相界面，当三相界颗粒表面润湿形成固、液、气三相界面，当三相界 面张力达到平衡时，界面张力与平衡润湿接触角的关面张力达到平衡时，界面张力与平衡润湿接触角的关 系为：杨氏公式（系为：杨氏公式（young equationyoung equation）: : - -平衡润湿平衡润湿接触角接触角，即自固液界面经液体到气，即自固液界面经液体到气 液表面的夹角。在气、液、固三相交点处所作的气液表面的夹角。在气、液、固三相交点处所作的气- - 液界面的切

43、线与固液界面的切线与固- -液交界线之间的夹角液交界线之间的夹角，是润湿，是润湿 程度的量度。程度的量度。 cos lvslsv 润湿功润湿功 润湿功越高越易润湿，即较高的界面张力和较低的润湿功越高越易润湿，即较高的界面张力和较低的 接触角有助于润湿的自发进行。接触角有助于润湿的自发进行。 90o180o 不润湿或不良润湿；不润湿或不良润湿； 0o90o，部分润湿或有限润湿；，部分润湿或有限润湿； =0o，完全润湿或铺展，完全润湿或铺展 根据表面接触角的大小，固体颗粒可分为亲水性和疏根据表面接触角的大小，固体颗粒可分为亲水性和疏 水性两大类。见表。水性两大类。见表。 cos lvi w 颗粒表

44、面润湿性的分类和结构特性关系颗粒表面润湿性的分类和结构特性关系 根据日常经验，在玻璃板上水易润湿，水银不易根据日常经验，在玻璃板上水易润湿，水银不易 润湿。这是因为水分子间的引力小于水和玻璃间润湿。这是因为水分子间的引力小于水和玻璃间 的引力；水银原子间的引力大于水银与玻璃间的的引力；水银原子间的引力大于水银与玻璃间的 引力所至。引力所至。 有关测定结果是：有关测定结果是： 水在玻璃板上的接触角水在玻璃板上的接触角约等于约等于0 水银在玻璃板上的接触角水银在玻璃板上的接触角约等于约等于140 接触角接触角最小值为最小值为0，最大值为，最大值为180 接触角接触角越小，润湿性越好。越小，润湿性越

45、好。 颗粒在液体中的范德华力颗粒在液体中的范德华力 颗粒在液体中，须考虑液体分子与颗粒分子群的作用颗粒在液体中，须考虑液体分子与颗粒分子群的作用 以及这种作用对颗粒范德华力的影响。以及这种作用对颗粒范德华力的影响。 hamaker常数常数 颗粒颗粒1、颗粒、颗粒2、液体、液体3在真空中的在真空中的hamaker常数；常数； a131：液体：液体3中同质颗粒中同质颗粒1之间的之间的hamaker常数常数 a132：液体：液体3中不同质颗粒中不同质颗粒1与颗粒与颗粒2之间相互作用的之间相互作用的 hamaker常数常数 2 3311133311131 2aaaaaa 33223311132 aaa

46、aa 21 21 2 0 vdw dd dd z12 a f 真空中真空中 范德华作用力范德华作用力 范德华力为正值，为排斥力范德华力为正值，为排斥力 范德华力为负值，为吸引力范德华力为负值，为吸引力 而对于同质颗粒（而对于同质颗粒（ ），）， 恒为正，范德恒为正，范德 华力恒负，恒为吸引力，其值为真空中的华力恒负，恒为吸引力，其值为真空中的1/4。 21 21 2 0 132 vdw dd dd z12 a f 2211 aa 2 0 132 vdw 4z2 da f 132 a 调节颗粒在液相中的分散性和稳定性的途径调节颗粒在液相中的分散性和稳定性的途径 改变分散相与分散介质的性质，调控改变分散相与分散介质的性质，调控 hamaker常数，使其值变小，下降颗粒间常数，使其值变小，下降颗粒间 的吸引