第三章 粉体的物性与流变学.ppt

1、1.第三章粉末的物理性质和流变性，粉末的密度，粉末的填充和堆积特性，粉末的流变性，粉末之间的润湿性，2。第一节粉末密度，指每单位体积的粉末质量。粉末的密度根据不同的体积可以分为真密度、颗粒密度、松密度和振实密度。1.粉末密度的概念。3.1 .真实密度(t)处于绝对致密状态的材料的单位体积质量是指粉末质量(w)除以排除颗粒内部和外部空隙的体积(真实体积Vt)所获得的密度。t=w/Vt，4，2，颗粒密度g，指粉末质量除以颗粒体积Vg得到的密度。颗粒体积(Vg):包括封闭孔的体积，但不包括颗粒表面上的凹孔、裂纹和开孔，g=w/Vg，或p，5，粉末质量除以粉末占据的容器体积v(堆积体积)堆积体积(Vb

2、):包括颗粒体积和颗粒之间的间隙。3.堆积密度)b也称为表观密度、堆积密度和填充体积，b=w/Vb，6。当填充粉末时，在规则振动或敲击后测量的密度称为敲击密度(bt)。4。振实密度Bt，Bt=w/v，如果颗粒致密且无孔，则t=g一般为：t g bt b，7。(一)确定真实密度和颗粒尺寸：通常的方法是用液体或气体代替粉末。液体浸渍法：通过加热或减压脱气来测量粉末排出的液体体积，这是粉末的真实体积。2.粉末密度的测量方法；8.比重瓶法。测量原理：将粉末放入装有液体介质的容器中，让液体介质充分浸入粉末颗粒的开口中。根据阿基米德原理，测量粉末的颗粒体积，然后计算单位颗粒体积的质量。比重瓶法的基本步骤如

3、下：(1)比重瓶体积的校准(2)粉末质量的称量(3)粉末体积的测量(9)将粉末放入容器中测量的体积包括粉末的真实体积、颗粒的内部间隙、颗粒之间的间隙等。测量容器的形状和尺寸、填充速度和材料的填充方法都影响粉末体积。没有施加外力时测得的密度为松密度，施加外力且粉末处于最紧密填充状态时测得的密度为振实密度。(2)松散密度和振实密度的测量，10。松密度测量装置1，(a)装配图，(b)流动漏斗，(c)量杯，11。松密度测量装置2，(1)漏斗，(2)阻尼箱，(3)阻尼挡板，(4)量杯，(5)颗粒内空隙率=(Vg-Vt)/Vg=1-g/t颗粒间空隙率=(V-Vg)/V=1- b/g总空隙率=(V -Vt)

4、/V=1- b/t，1。粉末的孔隙率，2。粉末的填充和堆积，13 2。粉末填充率；3.粉末颗粒的填充和堆积；3.1等直径球形颗粒群的规则堆积，排列层：正方形排列层和单斜排列层或六边形排列层。通过总结基本排列层次，可以得到六种排列形式。立方体最密堆积，立方体，正交立方体，面心立方，正交立方体，楔形四面体，六边形最密，15，单位体：由八个相邻球体的中心连接而成的平行六面体。最疏松、最致密和等直径球形颗粒规则堆积示意图，配位数：粉末填充实施例中一个颗粒和相邻颗粒之间的接触点数量，等直径球规则填充的结构特征，空隙率的推导(立方最致密填充)假设单元的边长为，球的半径为R，18， 从等径球形粒子的六种填充

5、性质可以看出：a .等径球形粒子规则填充的填充率随着配位数的增加而增加； 最松散的包装是6号配合的包装，其填充率只有52.36%。最紧密的包装是配位数为12的包装，其填充率为74.06%。，20，21，3.2随机或不规则填充，1)随机密实填充：=0.3590.375 2)随机倾倒填充：=0.3750.391 3)随机稀疏填充：=0.40.41 4)随机极稀疏填充：=0.460.47，(2)局部填充结构排列结构的局部变化(如孔隙率分布、填充数密度分布和接触点角度分布等)。)对粉末现象有很大影响。23，(3)材料的含水量形成聚集体，这降低了整个材料的堆积速率。湿材料颗粒表面的吸水导致颗粒之间形成液

6、桥力，从而增加颗粒之间的粘附力，形成二级和三级颗粒，即聚集体。因为颗粒的尺寸大于初级颗粒的尺寸，颗粒内部保持松散的结构。颗粒之间的内聚力阻碍了颗粒在填充过程中的运动。(4)颗粒形状的空隙率随着球形度的降低而增加。粗糙度系数的孔隙率随着粗糙度系数的增加而增加。(6)颗粒尺寸越小，由于颗粒之间的团聚导致的孔隙率越大。当粒径为一定值时，粒径对颗粒堆积速率的影响不再存在，比值为临界值。随着颗粒尺寸的增加，与颗粒的重力相比，内聚力的影响可以忽略不计。粒度变化对堆积速率的影响大大降低。因此，在细颗粒系统中，颗粒尺寸大于或小于临界颗粒尺寸的材料在颗粒行为中起重要作用。(7)物料堆积的填充速度对于粗颗粒，较高

7、的填充速度会导致松散的物料，但是对于像面粉这样具有内聚力的细粉，较高的进料速度会导致更密集的堆积。非均匀球形颗粒的填充结构。对于两种不同粒径的球形颗粒，小颗粒粒径越小，填充率越高，填充率随大小颗粒的混合比而变化。当大颗粒的质量比为70时，填充率最高。28，当单独填充密度为1的大颗粒时，它们的空隙率为1，用2和2的小颗粒填充大颗粒的空隙，那么每单位体积填料的大颗粒质量W1为W1(11) 1小颗粒质量W2 1 (1 2) 2当混合物中大颗粒的质量比为1 2和12 0.4时，对于相同材料的球形颗粒，最大填充率的大颗粒的质量比为0.71。在第三部分中，粉末的流变性和流动性与颗粒的形状、尺寸、表面状态、

8、密度和孔隙率有关。粉末的流动形式：重力流、振动流、压缩流、流化流。粉末流动性，31，32，1。由于颗粒间的摩擦和内聚力，粉末的摩擦角统称为摩擦角。类型：休止角、内摩擦角、壁摩擦角、滑动角；2.粉末流动性的评价和测量方法；33.静力平衡状态下粉末堆积层的自由斜率与水平面形成的角度。根据这个表达式，流动性越小越好，可以认为是粉末的“粘度”。常用的测量方法：注入法、排放法、倾角法。休止角、34、2.1休止角法，将粉末注入直径有限的圆盘中心，直到粉末堆积层斜边上的材料自动沿圆盘边缘流出，停止注射并测量休止角。tan=h/r，35，塌陷角：测量休止角后，重物自由下落至一定高度，导致桩振动，此时形成锥角。

9、休止角和塌陷角。对于细颗粒，休止角与粉末流出容器的速度、容器的提升速度和转鼓的转速有关。休止角不是细颗粒的基本物理性质：球形颗粒：=2328，具有良好的流动性。规则颗粒：30，流动性好。不规则颗粒：35，平均流动性。极不规则颗粒：40，流动性差。、36、37、2.2影响休止角的因素，(1)颗粒的形状，(2)颗粒的尺寸，(3)粉末的填充状态。对于不同的粉末，空隙率越大，空隙率越小，休止角越大(接触点越多)。(4)振动。(5)当压缩空气被引入粉末时，它停止。流出速率越大，粉末的流动性越好。3。流速，39。3.1流速测量，m:流出粉末的总质量，s:粉末的比表面积，r:粗糙度系数，S0:孔隙面积，40

10、，1。增加颗粒尺寸以使粘合剂粉末颗粒粒化，从而减少颗粒之间的接触点以及颗粒之间的粘附和内聚力。2.颗粒形态和表面粗糙度球形颗粒的光滑表面可以减少接触点和摩擦。3.适当的干燥和水分含量有利于削弱颗粒间的作用力。4.添加助流剂的影响添加0.5%2%滑石粉、硅胶粉等助流剂可以大大改善粉体的流动性。但是过度使用会增加抵抗力。3.2粉末流动性的影响因素及改善方法，41，4，内摩擦角4.1粉末流动性的特点粉末层受力小，粉末层外观不变；当作用力达到极限应力时，粉末层突然坍塌前的状态称为极限应力状态。42，4.2的极限应力给粉末层的任何表面增加了一定的垂直(正)应力。如果沿该表面的剪切应力逐渐增加，当剪切应力

11、达到某一极限值时，粉末将沿该表面滑动。垂直(法向)应力：应力方向垂直于微型元件的平面；剪应力(剪应力):应力作用的方向平行于微元平面，43，4.3粉末层的库仑定律应力-应变关系：4.4如果滑动面上的剪应力与垂直应力成正比，44，C=0，粉末颗粒之间的粘附可以忽略，所以流动性好，C0属于粘性粉末。影响初始剪切强度的因素：温度、粒度和粒度分布储存时间、填充度、45、4.5内摩擦角、粉末层上任意点的应力关系、46、4.6内摩擦角的测定、直剪试验、47、48、5、壁面摩擦角和滑动摩擦角、壁面摩擦角():粉末层与壁面之间的滑动角():粉末层中各颗粒与壁面之间的摩擦角。(研究颗粒在旋风分离和收集料斗中沿锥

12、壁下降的过程)，49，6，应力(或应变)图上的莫尔圆(二元应力系统)显示了应力(或应变)分量之间的关系圆在受力物体的每个截面上的一个点上。粉末层中任意点处的法向应力和剪应力可以用最大主应力1、最小主应力3以及有效表面和有效表面之间的夹角1来表示。50，-直线是直线A:静止时-直线B:临界流动状态/流动状态-直线是直线C:不会出现，粉末处于静止状态，粉末不会沿该平面滑动。7.粉末流动和临界流动的充要条件摩尔-库仑定律，52，表明材料的压缩程度；尺寸反映了粉末的内聚力和柔软度。C=(bt-b)/bt 100% C为可压缩性；b是最松散的密度；Bt是抽头密度。当压缩度小于20%时，流动性较好。当压缩

13、程度增加时，流动性降低。8、可压缩性)，53、静态压缩：整个表面均匀压缩：冲击压缩锤压缩爆炸压缩，8.1压缩模式，54、压缩引起粉末颗粒和内部颗粒之间的变化：(1)粉末颗粒相互推动，压缩能量消耗在颗粒之间的摩擦上；(2)粉体中的桥坍塌，压力能消耗在粉体与壁的摩擦上；(3)粉末颗粒之间的物理接合，并且压力能量在颗粒变形时被消耗并用作残余应力；(4)粉末颗粒的破坏，压缩能量消耗在颗粒的变形和破坏上，8.2压缩过程，拱桥效应：颗粒相互交叉和咬合，形成一个拱桥空间，55。当粉末颗粒B落在A上并且粉末B的重力为G时，在接触处产生反作用力，合力为P，其等于G，但是方向相反。粉末自由堆积的孔隙率通常比理论计

14、算值大得多，56、材料、固定螺钉、bt、b、8.3压缩性的测量、57、测量压缩性的仪器攻丝测试仪、58、9、开放屈服强度fc、开放屈服强度：在垂直于自由表面的表面上只有法向应力而没有剪切应力。该法向应力意味着破拱的最大法向应力fc是粉末的物理性质，并且筒仓是拱形的。根据59、60和9.1的开放屈服强度(fc)的测量，压实的粉末样品不塌陷(B)，并且具有一定的压实强度，即开放屈服强度。粉末样品塌陷(C)，粉末的开放屈服强度为0。fc小的粉末流动性好，不易起拱。61，10，流量函数，62，3。影响粉末流动的因素，1。温度和化学变化2。湿度3。颗粒大小4。振动4。影响5。63。第四节。粉末之间的力，

15、1。粘附和内聚力粘附：指不同分子之间的吸引力，如粉末颗粒与壁之间的粘附(粘附)；内聚力：指相同分子之间产生的吸引力(内聚力)，64。粘附和凝聚的主要原因是：在干燥状态下的范德瓦尔斯力(取向力、感应力、分散力)，在潮湿状态下通过静电力的液桥和固桥，液桥存在于粉末和固体或粉末颗粒之间的间隙中，溶解的溶质干燥并沉淀晶体，65。第二，分子间力作用在粉末颗粒的分子间范德华力上：对于半径分别为R1和R2的两个球形颗粒，分子间力FM为：对于球与板之间的距离：h，nm A Hamaker常数，J，66，例直径为1m的相同物质的球形颗粒的密度为10103kg/m3，当两者的表面。67，3。静电作用，充电方式：(1)表面摩擦带电(2)与带电表面接触(3)气体离子的扩散，Q1粒子和Q2粒子的表面电荷，C粒子和A粒子之间的表面距离Dp粒子直径68，(1)润湿作用，润湿作用：一种流体在凝聚态物质表面取代另一种流体的过程。粉体的润湿性是指固体界面从固-气界面转变为固-液界面的现象。润湿、润湿和铺展；4.颗粒之间的毛细作用力，69，(1)液体、固体和固体在固体表面的润湿过程示意图，70。粘着功，在等温和等压条件下，单位面积液