第三章 粉體的物性與流變學.ppt

1、1.第三章粉末的物理性質和流變性，粉末的密度，粉末的填充和堆積特性，粉末的流變性，粉末之間的潤濕性，2。第一節(jié)粉末密度，指每單位體積的粉末質量。粉末的密度根據(jù)不同的體積可以分為真密度、顆粒密度、松密度和振實密度。1.粉末密度的概念。3.1 .真實密度(t)處于絕對致密狀態(tài)的材料的單位體積質量是指粉末質量(w)除以排除顆粒內(nèi)部和外部空隙的體積(真實體積Vt)所獲得的密度。t=w/Vt，4，2，顆粒密度g，指粉末質量除以顆粒體積Vg得到的密度。顆粒體積(Vg):包括封閉孔的體積，但不包括顆粒表面上的凹孔、裂紋和開孔，g=w/Vg，或p，5，粉末質量除以粉末占據(jù)的容器體積v(堆積體積)堆積體積(Vb

2、):包括顆粒體積和顆粒之間的間隙。3.堆積密度)b也稱為表觀密度、堆積密度和填充體積，b=w/Vb，6。當填充粉末時，在規(guī)則振動或敲擊后測量的密度稱為敲擊密度(bt)。4。振實密度Bt，Bt=w/v，如果顆粒致密且無孔，則t=g一般為：t g bt b，7。(一)確定真實密度和顆粒尺寸：通常的方法是用液體或氣體代替粉末。液體浸漬法：通過加熱或減壓脫氣來測量粉末排出的液體體積，這是粉末的真實體積。2.粉末密度的測量方法；8.比重瓶法。測量原理：將粉末放入裝有液體介質的容器中，讓液體介質充分浸入粉末顆粒的開口中。根據(jù)阿基米德原理，測量粉末的顆粒體積，然后計算單位顆粒體積的質量。比重瓶法的基本步驟如

3、下：(1)比重瓶體積的校準(2)粉末質量的稱量(3)粉末體積的測量(9)將粉末放入容器中測量的體積包括粉末的真實體積、顆粒的內(nèi)部間隙、顆粒之間的間隙等。測量容器的形狀和尺寸、填充速度和材料的填充方法都影響粉末體積。沒有施加外力時測得的密度為松密度，施加外力且粉末處于最緊密填充狀態(tài)時測得的密度為振實密度。(2)松散密度和振實密度的測量，10。松密度測量裝置1，(a)裝配圖，(b)流動漏斗，(c)量杯，11。松密度測量裝置2，(1)漏斗，(2)阻尼箱，(3)阻尼擋板，(4)量杯，(5)顆粒內(nèi)空隙率=(Vg-Vt)/Vg=1-g/t顆粒間空隙率=(V-Vg)/V=1- b/g總空隙率=(V -Vt)

4、/V=1- b/t，1。粉末的孔隙率，2。粉末的填充和堆積，13 2。粉末填充率；3.粉末顆粒的填充和堆積；3.1等直徑球形顆粒群的規(guī)則堆積，排列層：正方形排列層和單斜排列層或六邊形排列層。通過總結基本排列層次，可以得到六種排列形式。立方體最密堆積，立方體，正交立方體，面心立方，正交立方體，楔形四面體，六邊形最密，15，單位體：由八個相鄰球體的中心連接而成的平行六面體。最疏松、最致密和等直徑球形顆粒規(guī)則堆積示意圖，配位數(shù)：粉末填充實施例中一個顆粒和相鄰顆粒之間的接觸點數(shù)量，等直徑球規(guī)則填充的結構特征，空隙率的推導(立方最致密填充)假設單元的邊長為，球的半徑為R，18， 從等徑球形粒子的六種填充

5、性質可以看出：a .等徑球形粒子規(guī)則填充的填充率隨著配位數(shù)的增加而增加； 最松散的包裝是6號配合的包裝，其填充率只有52.36%。最緊密的包裝是配位數(shù)為12的包裝，其填充率為74.06%。，20，21，3.2隨機或不規(guī)則填充，1)隨機密實填充：=0.3590.375 2)隨機傾倒填充：=0.3750.391 3)隨機稀疏填充：=0.40.41 4)隨機極稀疏填充：=0.460.47，(2)局部填充結構排列結構的局部變化(如孔隙率分布、填充數(shù)密度分布和接觸點角度分布等)。)對粉末現(xiàn)象有很大影響。23，(3)材料的含水量形成聚集體，這降低了整個材料的堆積速率。濕材料顆粒表面的吸水導致顆粒之間形成液

6、橋力，從而增加顆粒之間的粘附力，形成二級和三級顆粒，即聚集體。因為顆粒的尺寸大于初級顆粒的尺寸，顆粒內(nèi)部保持松散的結構。顆粒之間的內(nèi)聚力阻礙了顆粒在填充過程中的運動。(4)顆粒形狀的空隙率隨著球形度的降低而增加。粗糙度系數(shù)的孔隙率隨著粗糙度系數(shù)的增加而增加。(6)顆粒尺寸越小，由于顆粒之間的團聚導致的孔隙率越大。當粒徑為一定值時，粒徑對顆粒堆積速率的影響不再存在，比值為臨界值。隨著顆粒尺寸的增加，與顆粒的重力相比，內(nèi)聚力的影響可以忽略不計。粒度變化對堆積速率的影響大大降低。因此，在細顆粒系統(tǒng)中，顆粒尺寸大于或小于臨界顆粒尺寸的材料在顆粒行為中起重要作用。(7)物料堆積的填充速度對于粗顆粒，較高

7、的填充速度會導致松散的物料，但是對于像面粉這樣具有內(nèi)聚力的細粉，較高的進料速度會導致更密集的堆積。非均勻球形顆粒的填充結構。對于兩種不同粒徑的球形顆粒，小顆粒粒徑越小，填充率越高，填充率隨大小顆粒的混合比而變化。當大顆粒的質量比為70時，填充率最高。28，當單獨填充密度為1的大顆粒時，它們的空隙率為1，用2和2的小顆粒填充大顆粒的空隙，那么每單位體積填料的大顆粒質量W1為W1(11) 1小顆粒質量W2 1 (1 2) 2當混合物中大顆粒的質量比為1 2和12 0.4時，對于相同材料的球形顆粒，最大填充率的大顆粒的質量比為0.71。在第三部分中，粉末的流變性和流動性與顆粒的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、

8、密度和孔隙率有關。粉末的流動形式：重力流、振動流、壓縮流、流化流。粉末流動性，31，32，1。由于顆粒間的摩擦和內(nèi)聚力，粉末的摩擦角統(tǒng)稱為摩擦角。類型：休止角、內(nèi)摩擦角、壁摩擦角、滑動角；2.粉末流動性的評價和測量方法；33.靜力平衡狀態(tài)下粉末堆積層的自由斜率與水平面形成的角度。根據(jù)這個表達式，流動性越小越好，可以認為是粉末的“粘度”。常用的測量方法：注入法、排放法、傾角法。休止角、34、2.1休止角法，將粉末注入直徑有限的圓盤中心，直到粉末堆積層斜邊上的材料自動沿圓盤邊緣流出，停止注射并測量休止角。tan=h/r，35，塌陷角：測量休止角后，重物自由下落至一定高度，導致樁振動，此時形成錐角。

9、休止角和塌陷角。對于細顆粒，休止角與粉末流出容器的速度、容器的提升速度和轉鼓的轉速有關。休止角不是細顆粒的基本物理性質：球形顆粒：=2328，具有良好的流動性。規(guī)則顆粒：30，流動性好。不規(guī)則顆粒：35，平均流動性。極不規(guī)則顆粒：40，流動性差。、36、37、2.2影響休止角的因素，(1)顆粒的形狀，(2)顆粒的尺寸，(3)粉末的填充狀態(tài)。對于不同的粉末，空隙率越大，空隙率越小，休止角越大(接觸點越多)。(4)振動。(5)當壓縮空氣被引入粉末時，它停止。流出速率越大，粉末的流動性越好。3。流速，39。3.1流速測量，m:流出粉末的總質量，s:粉末的比表面積，r:粗糙度系數(shù)，S0:孔隙面積，40

10、，1。增加顆粒尺寸以使粘合劑粉末顆粒?；?，從而減少顆粒之間的接觸點以及顆粒之間的粘附和內(nèi)聚力。2.顆粒形態(tài)和表面粗糙度球形顆粒的光滑表面可以減少接觸點和摩擦。3.適當?shù)母稍锖退趾坑欣谙魅躅w粒間的作用力。4.添加助流劑的影響添加0.5%2%滑石粉、硅膠粉等助流劑可以大大改善粉體的流動性。但是過度使用會增加抵抗力。3.2粉末流動性的影響因素及改善方法，41，4，內(nèi)摩擦角4.1粉末流動性的特點粉末層受力小，粉末層外觀不變；當作用力達到極限應力時，粉末層突然坍塌前的狀態(tài)稱為極限應力狀態(tài)。42，4.2的極限應力給粉末層的任何表面增加了一定的垂直(正)應力。如果沿該表面的剪切應力逐漸增加，當剪切應力

11、達到某一極限值時，粉末將沿該表面滑動。垂直(法向)應力：應力方向垂直于微型元件的平面；剪應力(剪應力):應力作用的方向平行于微元平面，43，4.3粉末層的庫侖定律應力-應變關系：4.4如果滑動面上的剪應力與垂直應力成正比，44，C=0，粉末顆粒之間的粘附可以忽略，所以流動性好，C0屬于粘性粉末。影響初始剪切強度的因素：溫度、粒度和粒度分布儲存時間、填充度、45、4.5內(nèi)摩擦角、粉末層上任意點的應力關系、46、4.6內(nèi)摩擦角的測定、直剪試驗、47、48、5、壁面摩擦角和滑動摩擦角、壁面摩擦角():粉末層與壁面之間的滑動角():粉末層中各顆粒與壁面之間的摩擦角。(研究顆粒在旋風分離和收集料斗中沿錐

12、壁下降的過程)，49，6，應力(或應變)圖上的莫爾圓(二元應力系統(tǒng))顯示了應力(或應變)分量之間的關系圓在受力物體的每個截面上的一個點上。粉末層中任意點處的法向應力和剪應力可以用最大主應力1、最小主應力3以及有效表面和有效表面之間的夾角1來表示。50，-直線是直線A:靜止時-直線B:臨界流動狀態(tài)/流動狀態(tài)-直線是直線C:不會出現(xiàn)，粉末處于靜止狀態(tài)，粉末不會沿該平面滑動。7.粉末流動和臨界流動的充要條件摩爾-庫侖定律，52，表明材料的壓縮程度；尺寸反映了粉末的內(nèi)聚力和柔軟度。C=(bt-b)/bt 100% C為可壓縮性；b是最松散的密度；Bt是抽頭密度。當壓縮度小于20%時，流動性較好。當壓縮

13、程度增加時，流動性降低。8、可壓縮性)，53、靜態(tài)壓縮：整個表面均勻壓縮：沖擊壓縮錘壓縮爆炸壓縮，8.1壓縮模式，54、壓縮引起粉末顆粒和內(nèi)部顆粒之間的變化：(1)粉末顆粒相互推動，壓縮能量消耗在顆粒之間的摩擦上；(2)粉體中的橋坍塌，壓力能消耗在粉體與壁的摩擦上；(3)粉末顆粒之間的物理接合，并且壓力能量在顆粒變形時被消耗并用作殘余應力；(4)粉末顆粒的破壞，壓縮能量消耗在顆粒的變形和破壞上，8.2壓縮過程，拱橋效應：顆粒相互交叉和咬合，形成一個拱橋空間，55。當粉末顆粒B落在A上并且粉末B的重力為G時，在接觸處產(chǎn)生反作用力，合力為P，其等于G，但是方向相反。粉末自由堆積的孔隙率通常比理論計

14、算值大得多，56、材料、固定螺釘、bt、b、8.3壓縮性的測量、57、測量壓縮性的儀器攻絲測試儀、58、9、開放屈服強度fc、開放屈服強度：在垂直于自由表面的表面上只有法向應力而沒有剪切應力。該法向應力意味著破拱的最大法向應力fc是粉末的物理性質，并且筒倉是拱形的。根據(jù)59、60和9.1的開放屈服強度(fc)的測量，壓實的粉末樣品不塌陷(B)，并且具有一定的壓實強度，即開放屈服強度。粉末樣品塌陷(C)，粉末的開放屈服強度為0。fc小的粉末流動性好，不易起拱。61，10，流量函數(shù)，62，3。影響粉末流動的因素，1。溫度和化學變化2。濕度3。顆粒大小4。振動4。影響5。63。第四節(jié)。粉末之間的力，

15、1。粘附和內(nèi)聚力粘附：指不同分子之間的吸引力，如粉末顆粒與壁之間的粘附(粘附)；內(nèi)聚力：指相同分子之間產(chǎn)生的吸引力(內(nèi)聚力)，64。粘附和凝聚的主要原因是：在干燥狀態(tài)下的范德瓦爾斯力(取向力、感應力、分散力)，在潮濕狀態(tài)下通過靜電力的液橋和固橋，液橋存在于粉末和固體或粉末顆粒之間的間隙中，溶解的溶質干燥并沉淀晶體，65。第二，分子間力作用在粉末顆粒的分子間范德華力上：對于半徑分別為R1和R2的兩個球形顆粒，分子間力FM為：對于球與板之間的距離：h，nm A Hamaker常數(shù)，J，66，例直徑為1m的相同物質的球形顆粒的密度為10103kg/m3，當兩者的表面。67，3。靜電作用，充電方式：(1)表面摩擦帶電(2)與帶電表面接觸(3)氣體離子的擴散，Q1粒子和Q2粒子的表面電荷，C粒子和A粒子之間的表面距離Dp粒子直徑68，(1)潤濕作用，潤濕作用：一種流體在凝聚態(tài)物質表面取代另一種流體的過程。粉體的潤濕性是指固體界面從固-氣界面轉變?yōu)楣?液界面的現(xiàn)象。潤濕、潤濕和鋪展；4.顆粒之間的毛細作用力，69，(1)液體、固體和固體在固體表面的潤濕過程示意圖，70。粘著功，在等溫和等壓條件下，單位面積液