《流變學(xué)和粉體學(xué)》課件

課程簡(jiǎn)介《流變學(xué)和粉體學(xué)》是一門綜合性的材料科學(xué)課程,涵蓋了流體力學(xué)和顆粒物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)這門課程,學(xué)生將掌握分散系統(tǒng)的基本性質(zhì),了解流變性和粉體行為的測(cè)試方法,并應(yīng)用這些知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題。byhpzqamifhr@流變學(xué)的定義和應(yīng)用領(lǐng)域定義流變學(xué)是研究物質(zhì)流動(dòng)特性的一門科學(xué),涉及液體、半固體和固體材料的變形和流動(dòng)行為。重要性流變學(xué)在食品、化妝品、制藥、石油化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用,可優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝。應(yīng)用領(lǐng)域從日化產(chǎn)品到航空航天材料,流變性都影響著產(chǎn)品性能和制備過(guò)程,是關(guān)鍵的基礎(chǔ)科學(xué)。牛頓流體和非牛頓流體的區(qū)別牛頓流體牛頓流體遵循牛頓流體定律,即剪切應(yīng)力與剪切率成正比。它們表現(xiàn)為理想的流動(dòng)行為,具有恒定的黏度,不會(huì)隨剪切率的改變而變化。例如水和空氣。非牛頓流體非牛頓流體的黏度會(huì)隨剪切率的改變而發(fā)生變化。它們不遵循牛頓流體定律,表現(xiàn)出復(fù)雜的流動(dòng)行為。常見(jiàn)的非牛頓流體有淀粉漿、顏料漿、血液和高分子溶液等。流變性曲線的區(qū)別牛頓流體的流變性曲線是一條直線,而非牛頓流體的流變性曲線呈現(xiàn)各種復(fù)雜的形狀,這是兩者最主要的區(qū)別之一。流變性曲線的類型及其特點(diǎn)流變性曲線流變性曲線是表示物質(zhì)流動(dòng)性質(zhì)的圖像,通過(guò)反映流體的剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系。牛頓流體牛頓流體的流變性曲線為一條直線,表示剪切應(yīng)力與剪切速率成正比。代表性物質(zhì)有水、油等。非牛頓流體非牛頓流體的流變性曲線為曲線,表示剪切應(yīng)力與剪切速率之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。代表性物質(zhì)有乳膠、淀粉等。影響流變性的因素溫度溫度是影響流變性的重要因素。隨著溫度的上升或下降,物質(zhì)的粘度會(huì)發(fā)生變化。這可能會(huì)改變流動(dòng)性和可加工性。壓力施加在物質(zhì)上的壓力也會(huì)影響其流變性。施加較高壓力會(huì)增加摩擦力,從而改變材料的流動(dòng)特性。成分物質(zhì)的化學(xué)組成和配方會(huì)影響其流變學(xué)性質(zhì)。不同的成分比例會(huì)導(dǎo)致流變性的差異。時(shí)間物質(zhì)在外力作用下隨時(shí)間的變化也會(huì)表現(xiàn)出不同的流變性。維持一定時(shí)間的剪切應(yīng)力可能會(huì)改變材料的流動(dòng)特性。流變學(xué)測(cè)試方法及儀器測(cè)試方法流變學(xué)主要采用旋轉(zhuǎn)式和振動(dòng)式兩大類測(cè)試方法。旋轉(zhuǎn)式包括毛細(xì)管法和轉(zhuǎn)子法，可測(cè)定流體的剪切應(yīng)力、剪切速率和粘度等參數(shù)。振動(dòng)式包括振蕩法和動(dòng)態(tài)法，可測(cè)定流體的彈性模量、粘彈性等特性。主要儀器常用的流變學(xué)測(cè)試儀器有毛細(xì)管粘度計(jì)、Brookfield粘度計(jì)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力儀、頻率掃描儀等。這些儀器能準(zhǔn)確測(cè)量各種液體和半固體材料的流變學(xué)特性。粉體的基本性質(zhì)顆粒大小粉體的顆粒大小從幾納米到幾毫米不等,這影響著其流動(dòng)性、分散性和溶解性等性質(zhì)。顆粒形狀粉體顆?？沙是蛐巍⑵瑺?、針狀等不同形狀,形狀影響其流動(dòng)性和粉體的物理性質(zhì)。比表面積粉體的比表面積大,能增強(qiáng)與周圍環(huán)境的反應(yīng),提高其活性和反應(yīng)速度。密度粉體的密度不同,會(huì)影響其在溶液或氣體中的沉降性、浮力等物性。粉體的分類及特點(diǎn)按粒子大小分類粉體可分為微粉（1-100μm）、細(xì)粉（100-500μm）和粗粉（500-1000μm）。不同粒度段的粉體在流動(dòng)性、壓縮性等方面存在顯著差異。按粒子形狀分類粉體顆粒可呈球形、長(zhǎng)條形、板狀、不規(guī)則形等。顆粒形狀會(huì)影響流動(dòng)性、沉降性、比表面積等特性。按粒子結(jié)構(gòu)分類粉體可分為致密型、多孔型和團(tuán)聚型。不同結(jié)構(gòu)的粉體在密度、流動(dòng)性、吸附性等方面有所不同。按物質(zhì)組成分類粉體可由金屬、陶瓷、高分子、藥物等物質(zhì)組成。不同成分的粉體在性質(zhì)和用途上各不相同。粉體的流動(dòng)性及影響因素易流動(dòng)性粉體的流動(dòng)性是指其能否自由流動(dòng)且不會(huì)發(fā)生粘團(tuán)或阻塞。良好的流動(dòng)性有助于粉體在設(shè)備中順暢傳送和加工。顆粒形狀和大小粉體的顆粒形狀和大小會(huì)影響其流動(dòng)性能。球形和細(xì)小的顆粒通常具有更佳的流動(dòng)性。表面性質(zhì)粉體的表面特性,如濕潤(rùn)性、電荷等,會(huì)影響顆粒之間的相互作用,從而影響整體的流動(dòng)性。粉體的壓縮性及測(cè)試方法1粉體壓縮性粉體壓縮性是指粉體在受到外力壓縮時(shí)體積的變化情況。這是一個(gè)重要的粉體性質(zhì),影響著粉體的加工和應(yīng)用。2影響因素粉體壓縮性受到顆粒大小、形狀、表面性質(zhì)、孔隙度等因素的影響。這些因素決定了粉體在受壓時(shí)的變形程度。3測(cè)試方法常用的測(cè)試方法包括壓縮試驗(yàn)、顆粒變形模量測(cè)試等。通過(guò)這些測(cè)試可以獲得粉體的壓縮曲線和壓縮模量等數(shù)據(jù)。4應(yīng)用價(jià)值粉體壓縮性數(shù)據(jù)可用于指導(dǎo)粉體成型、壓縮成型、擠出等工藝的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。對(duì)于某些應(yīng)用,合適的壓縮性也是一個(gè)重要指標(biāo)。粉體的粒度分布及測(cè)試方法粒度分析利用顯微鏡或激光衍射儀等檢測(cè)儀器,對(duì)粉體樣品進(jìn)行粒度分布的測(cè)試和分析。篩分法通過(guò)一系列不同孔徑的篩網(wǎng),將粉體樣品按粒徑大小進(jìn)行分級(jí)分離,得到粒度分布曲線。沉降法利用粉體在液體中的沉降速度與粒徑大小的關(guān)系,通過(guò)沉淀分離和測(cè)量獲得粒度分布。粉體的表面性質(zhì)及測(cè)試方法比表面積粉體的比表面積決定了其溶解性、吸附性和化學(xué)反應(yīng)活性等特性。通過(guò)氣體吸附法、靜電分散法等可以測(cè)量粉體的比表面積。粒子形狀粉體粒子的外觀形態(tài)會(huì)影響其流動(dòng)性、包裝性和分散性等性質(zhì)。電子顯微鏡可觀察粉體粒子的形狀和表面形貌。表面化學(xué)性質(zhì)粉體表面的化學(xué)官能團(tuán)決定了其對(duì)水的親和力、電荷性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)活性。X射線光電子能譜可分析粉體表面的元素組成。粉體的電性質(zhì)及測(cè)試方法電性質(zhì)概述粉體在空氣或其他介質(zhì)中能產(chǎn)生靜電荷,這會(huì)影響粉體的流動(dòng)性、分散性和粘附性等性質(zhì)。了解粉體的電性質(zhì)對(duì)于優(yōu)化粉體的處理和加工非常重要。電性質(zhì)測(cè)試方法常見(jiàn)的粉體電性質(zhì)測(cè)試方法包括靜電荷測(cè)試、電導(dǎo)測(cè)試、電位差測(cè)試等。這些方法可以準(zhǔn)確測(cè)量粉體的靜電荷量、導(dǎo)電性和表面電位等特性。粉體的吸附性及測(cè)試方法吸附性測(cè)試使用各種表面分析儀器,如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜等,觀察粉體的表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分,并測(cè)量表面積和孔隙率等參數(shù),以評(píng)估粉體的吸附性能。氣體吸附法通過(guò)測(cè)量氣體在粉體表面的吸附量,如氮?dú)狻錃饣蚨趸嫉?可以計(jì)算出粉體的比表面積、孔隙率和孔徑分布等特性,從而評(píng)估其吸附性。水汽吸附法采用動(dòng)態(tài)水汽吸附法或靜態(tài)水汽吸附法,測(cè)量粉體在不同相對(duì)濕度下的吸水量,可以反映其親和水的程度,從而評(píng)估其吸附性。粉體的濕潤(rùn)性及測(cè)試方法1定義濕潤(rùn)性濕潤(rùn)性是指固體表面被液體完全覆蓋的能力。它反映了粉體與液體之間的親和力。2測(cè)試方法常用的測(cè)試方法包括接觸角測(cè)試、浸潤(rùn)時(shí)間測(cè)試和毛細(xì)管上升高度測(cè)試等。這些方法可以定量評(píng)估粉體的濕潤(rùn)性。3影響因素粉體的化學(xué)性質(zhì)、表面形態(tài)、粒度大小等都會(huì)影響其濕潤(rùn)性。合理調(diào)控這些因素可以優(yōu)化粉體的濕潤(rùn)特性。粉體的靜電性及防靜電措施靜電性粉體在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生靜電,這可能導(dǎo)致粉末凝聚、飛揚(yáng)或吸附在容器壁上,影響生產(chǎn)操作。了解粉體的靜電特性非常重要。防靜電措施采取合適的防靜電措施,如使用導(dǎo)電材料、接地設(shè)備、調(diào)節(jié)濕度等,可以有效控制和消除靜電,確保粉體順利流動(dòng)。測(cè)試方法通過(guò)靜電電壓測(cè)試、靜電衰減時(shí)間測(cè)試等方法,可以評(píng)估粉體的靜電特性,為采取相應(yīng)的防靜電措施提供依據(jù)。粉體的分散穩(wěn)定性及測(cè)試方法分散穩(wěn)定性定義粉體在分散介質(zhì)中的懸浮能力和沉淀速率,反映了粉體顆粒之間的相互作用力。測(cè)試方法常用測(cè)試方法包括沉降分析法、光吸收法和光散射法等,可以測(cè)定粉體的分散度和穩(wěn)定性。影響因素顆粒大小、表面性質(zhì)、溶劑性質(zhì)、pH值和離子濃度等都會(huì)影響粉體的分散穩(wěn)定性。粉體的可濕性及測(cè)試方法測(cè)試設(shè)備可濕性測(cè)試常用的設(shè)備包括接觸角測(cè)量?jī)x、懸滴法測(cè)試儀以及其他涂布和浸泡設(shè)備。這些工具可精準(zhǔn)測(cè)量粉末與液體之間的接觸角和潤(rùn)濕特性。測(cè)試流程測(cè)試時(shí)先將粉體樣品置于測(cè)試設(shè)備上,滴加少量液體。通過(guò)觀察接觸角的變化,可評(píng)估粉體的可濕性。同時(shí)還可測(cè)試浸漬時(shí)間、滲透速率等指標(biāo)。數(shù)據(jù)分析通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)可分析粉體的潤(rùn)濕性能,包括接觸角、浸漬時(shí)間、潤(rùn)濕速率等。這些結(jié)果有助于優(yōu)化粉體配方和工藝,提高產(chǎn)品性能。粉體的成型性及測(cè)試方法壓縮成型將粉體施加壓力,使其形成所需的幾何形狀。通過(guò)測(cè)量壓縮力和密度等指標(biāo)評(píng)估成型性能。擠出成型利用螺桿將粉體推擠通過(guò)模具,制造出所需構(gòu)件。通過(guò)分析擠出力和表面質(zhì)量等指標(biāo)評(píng)估成型性。振動(dòng)成型在振動(dòng)力作用下,粉體填充模具并緊密排列。通過(guò)測(cè)量振動(dòng)幅度和填充率等指標(biāo)評(píng)估成型效果。粉體的溶解性及測(cè)試方法1定義粉體的溶解性是指粉體在溶劑中的可溶性。這是評(píng)估粉體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。2測(cè)試方法常用測(cè)試方法包括靜態(tài)溶解度測(cè)試、動(dòng)態(tài)溶解度測(cè)試、以及復(fù)雜環(huán)境下的溶解度測(cè)試。3影響因素粉體的溶解性受到粒子大小、比表面積、結(jié)晶度、pH值等多方面因素的影響。4應(yīng)用粉體的溶解性對(duì)于制藥、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量控制非常重要。粉體的可溶性及測(cè)試方法溶解性測(cè)試通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)溶解性測(cè)試方法,可以評(píng)估粉體在不同溶劑中的溶解性,了解其可溶性特點(diǎn)。這有助于產(chǎn)品配方的優(yōu)化和溶解過(guò)程的控制。溶解速率研究粉體的溶解速率可以預(yù)測(cè)其在生產(chǎn)和使用過(guò)程中的溶解行為,從而指導(dǎo)工藝條件的設(shè)置和產(chǎn)品性能的改善。化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試粉體在溶劑中的化學(xué)穩(wěn)定性,有助于了解其在實(shí)際使用環(huán)境中的可靠性和安全性。粉體的可再分散性及測(cè)試方法可再分散性可再分散性是指干燥后的粉體能否重新分散或懸浮在液體中的能力。良好的可再分散性可以確保產(chǎn)品使用時(shí)穩(wěn)定性和均勻性。測(cè)試方法常見(jiàn)的測(cè)試方法包括離心沉降試驗(yàn)、靜置沉降試驗(yàn)以及振蕩分散試驗(yàn)。這些方法可以評(píng)估粉體在液體中的分散與沉降特性。粉體的流變性及測(cè)試方法流變性測(cè)試?yán)昧髯儍x等設(shè)備對(duì)粉體樣品進(jìn)行精密的流變性測(cè)試,可以獲得粉體在不同應(yīng)力或剪切條件下的粘度、屈服點(diǎn)等參數(shù),從而了解粉體的流動(dòng)性能。自由流動(dòng)性通過(guò)測(cè)量粉體自由流動(dòng)的特性,如流動(dòng)時(shí)間、流量系數(shù)等,可以評(píng)估粉體的流動(dòng)性和可流動(dòng)性,為工藝應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。壓縮性測(cè)試?yán)梅勰嚎s試驗(yàn)可以測(cè)定粉體的壓縮性、可塑性等特性,為粉體成型加工提供依據(jù)。粉體的可壓縮性及測(cè)試方法可壓縮性定義粉體在受力作用下發(fā)生容積減小的性質(zhì),是評(píng)估粉體成型性能的重要指標(biāo)之一。影響因素粒子大小、形狀、表面性質(zhì)、空隙率等均會(huì)影響粉體的可壓縮性。測(cè)試方法常用測(cè)試方法包括壓實(shí)指數(shù)測(cè)試、泰勒徑檢測(cè)儀測(cè)試等,可以定量分析粉體的可壓縮性。粉體的可擠出性及測(cè)試方法可擠出性可擠出性是指粉體在受到外力作用下能夠發(fā)生塑性變形并通過(guò)一個(gè)孔或模具孔道而成形的特性。這是很多加工過(guò)程中的重要性能。測(cè)試方法常用的測(cè)試方法包括擠出試驗(yàn)、配合擠出試驗(yàn)、軟化點(diǎn)測(cè)試等。通過(guò)這些測(cè)試可以評(píng)估粉體的可擠出性、軟化溫度等特性。應(yīng)用及意義可擠出性決定了粉體在造粒、塑型等過(guò)程中的可加工性。了解粉體的可擠出性有助于優(yōu)化工藝參數(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量。粉體的可成型性及測(cè)試方法1粉體成型的重要性粉體的可成型性決定了其在工業(yè)應(yīng)用中能否成功成型,是保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。2可成型性的測(cè)試方法常見(jiàn)的粉體成型性測(cè)試方法包括壓片機(jī)、壓縮試驗(yàn)儀、成型試驗(yàn)臺(tái)等,能準(zhǔn)確評(píng)估粉體的壓縮、擠出和成型性能。3影響可成型性的因素粉體的粒度分布、表面性質(zhì)、含水量等都會(huì)對(duì)其可成型性產(chǎn)生重要影響,需要進(jìn)行全面分析。粉體的可噴霧性及測(cè)試方法可噴霧性概述可噴霧性是粉體在噴霧過(guò)程中的分散性和霧化能力,是粉體在噴霧應(yīng)用中的關(guān)鍵性能之一。良好的可噴霧性能能夠確保粉體均勻高效地覆蓋目標(biāo)表面。影響因素粉體的粒度分布、形狀、表面性質(zhì)、濕潤(rùn)性等都會(huì)影響其可噴霧性。通過(guò)優(yōu)化這些因素可以提高粉體的噴霧性能。測(cè)試方法常用的可噴霧性測(cè)試方法包括霧化掛片法、風(fēng)洞法、懸浮度測(cè)試等,可以評(píng)估粉體在噴霧過(guò)程中的分散性、覆蓋性和均勻性。應(yīng)用領(lǐng)域良好的可噴霧性對(duì)于涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域的噴霧應(yīng)用至關(guān)重要,是保證產(chǎn)品質(zhì)量和使用效果的關(guān)鍵指標(biāo)。粉體的可溶性及測(cè)試方法1可溶性定義粉體的可溶性是指粉體在一定溶劑中能否完全或部分溶解的性質(zhì)。這是決定粉體應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一。2影響因素粉體的可溶性受粉體本身的化學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、粒度大小等因素的影響,還與溶劑特性如溫度、pH值等相關(guān)。3測(cè)試方法主要采用重量法、滴定法、分光光度法等對(duì)粉體可溶性進(jìn)行定量測(cè)試,測(cè)試結(jié)果可用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量和指導(dǎo)應(yīng)用。粉體的可再懸浮性及測(cè)試方法可再懸浮性可再懸浮性是指粉體在靜置一段時(shí)間后能否重新分散均勻。這是評(píng)估粉體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。測(cè)試方法主要測(cè)試方法包括振實(shí)法、攪拌法和離心法。通過(guò)測(cè)量再懸浮后粉體的沉降速度和固相含量等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)可再懸浮性。應(yīng)用場(chǎng)景可再懸浮性對(duì)于涉及粉體存儲(chǔ)、輸送和使用的行業(yè)尤為重要,如制藥、食品、化工等領(lǐng)域。影響因素粉體的粒度分布、表面性質(zhì)、密度以及外部環(huán)境條件如溫度、濕度等都會(huì)影響可再懸浮性。粉體的可再分散性及測(cè)試方法分散性粉體的可再分散性是指干燥