颗粒物性粒径分布.ppt

第一章 粉体颗粒的几何形态特征颗粒的物性 1 1颗粒尺寸与尺寸分布 单个颗粒粒径表示方法当量径三维尺寸 三轴径 统计平均径颗粒粒度的分布频率分布累计分布平均粒径尺寸分布宽度颗粒密度和多孔率 第一章颗粒物性 粉体力学与工程 1 1颗粒尺寸与尺寸分布 一 单个颗粒粒径表示方法 颗粒物性 颗粒的大小用颗粒在空间范围所占据的线性尺寸表示 球形颗粒 直径就是粒径 particlediameter 粉体系统的颗粒平均大小称为粒度 particlesize 习惯上将粒径和粒度两词通用 非球形颗粒 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 equivalentdiameter 当量直径与颗粒的各物理意义相对应 粉体颗粒的尺寸1 当量直径 颗粒物性 1 当量直径 第一章颗粒物性 粉体力学与工程 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 例 粉末的粒径为45 60目表示该粉末可通过45目粗筛网 而停留在60目筛网上 目数 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2 54cm 1英寸 长度中的筛孔数目 并简称为目 例如 200目的筛子 是指这种筛子每2 54cm长度的筛网有200个筛孔 其筛孔尺寸为0 075mm 网目越少 筛孔尺寸越大 细度为200目占70 即表示小于0 075毫米的颗粒含量占70 粒度与目的关系为 目数 粒度 m 0 0143如 超微细为1250目 其粒度为 0143 1250 11 44 m纳米定义是小于100nm 则目数为 0 0143 100 10 9 1 43 105 即14 3万目 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 也就是可用上面给出的公式计算 第一章颗粒物性 粉体力学与工程 目数粒径对照表 颗粒物性 等体积当量径的测量仪器 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 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 粉体颗粒的尺寸2 三轴径 颗粒物性 三维尺寸 三轴径 diameterofthethreedimensions 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l 宽b 高h 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 由三轴径计算的各平均直径 dm 及物理意义见下表 粉体颗粒的尺寸2 三轴径 颗粒物性 粉体颗粒的尺寸3 投影径 颗粒物性 投影径 利用显微镜观察颗粒的投影 可测量颗粒的粒径 粉体颗粒的尺寸表征粒径说明 颗粒物性 颗粒不规则 martin径和feret径与颗粒取向有关 众多颗粒统计平均 则取向偏差可抵消 反映真实大小 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 药剂 表面积重要 选表面积直径 粒径之间的关系martin径 feret径和投影面积相当径dh的关系见右图 实验测量了254个粒径38 77微米的颗粒 三者关系df dh dm 二 粉体颗粒粒径分布 颗粒物性 粒径分布 particlediameterdistribution 又称粒度分布 是指用简单的表格 绘图和函数形式表示颗粒群粒径的分布状态 单分散体系 monodisperse 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 polydisperse 颗粒粒径大小服从统计学规律 将粒径设为连续的随机变量 粒径分布1 频率分布 颗粒物性 1 表格表示法 2 作图表示法直方图 组距 频率 频率分布曲线 回归成光滑曲线 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 粒径分布2 累积分布 颗粒物性 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 累积分布函数式 积分函数 1 筛下累积方式 100 0 r dp 颗粒的频率分布和累积分布 表征粒径分布的特征参数 颗粒物性 1 中间尺寸又称中位粒径 指颗粒百分数达到50 所对应的颗粒尺寸 累积分布图中很容易找到 2 最大频率尺寸又称最频粒径 指频率分布图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 频率分布式的一阶导数为零可求最频粒径 a 频率分布图 b 累积分布图 4 粉体颗粒尺寸分布宽度 颗粒物性 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的统一标准 表征的分布特征见表 3 粉体颗粒的平均粒径 颗粒物性 三 颗粒密度和多孔率 多孔粉体颗粒颗粒的体积和表观体积颗粒的表观体积 孔隙体积 颗粒的体积 真体积 颗粒的真密度和动力密度颗粒的真密度 材料密度 颗粒的动力密度 颗粒密度 颗粒的多孔率 孔隙体积与表观体积之比 1 2颗粒的形状 颗粒形状的定性表示 颗粒物性 粉体颗粒的形状 颗粒物性 角状sic颗粒c 球状al2o3颗粒卵石状al2o3颗粒d 片状al2o3颗粒 粉体颗粒的形状 颗粒物性 a 树枝状 c 纤维状 b d 针状氧化锌颗粒 纳米金颗粒 聚合物球状颗粒 颗粒形状的研究意义 粉体物性 粉体的堆积 流动 摩擦等性能单元操作 储存与输运 混合与分离 结晶与烧结 流态化形状系数来表示颗粒的形状特征 1 2颗粒的形状 颗粒物性 举例 金刚石分形机 按形状分选倾角 振动频率和振幅 金刚石颗粒摩擦系数摩擦系数大 向上 如片状 树枝状等不规则颗粒 摩擦系数小 向下 如球形或卵石状颗粒 颗粒形状的定量表示 形状系数 颗粒物性 颗粒的三轴径 投影径颗粒最稳放置外接长方体的尺寸 长l 宽b 高t 1 投影面修正系数 2 体积修正系数 3 均齐率 4 球形度 4 表面积形状系数 5 体积形状系数 各种颗粒的球形度 颗粒形状术语 球形spherical立方体cubical片状platy discs柱状prismoidal鳞状flaky海绵状sponge块状blocky尖角状sharp圆角状round多孔porous 粒状granular棒状rodlike针状needle like acicular纤维状fibrous树枝状dendritic聚集状aglomelateaggregative中空hollow毛绒的fluffy nappy 1 3颗粒的阻力系数与自由沉降速度 1 雷诺数 惯性力与粘滞力的作用2 牛顿阻力定律3 颗粒在介质中沉降受力4 阻力系数定义5 自由沉降速度的推导 颗粒物性 1 4颗粒间的作用力 1 颗粒间的范德华力2 颗粒间的静电作用力3 颗粒间的毛细力4 颗粒的团聚性 颗粒物性 1 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 颗粒在真空中 颗粒在介质中 颗粒与平板之间 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 2 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 一些单元操作中颗粒带电强度的参考值 3 颗粒间液桥 毛细力分析 实际的粉体颗粒间往往存在水分 在颗粒间形成液桥 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 称为毛细力 毛细力 液桥力 比分子力 范德华力 约大1 2个数量级 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 因此在空气状态下 保持粉体干燥是防止结团的极重要措施 毛细力分析 4 颗粒的团聚性 颗粒彼此互不相干 能自由运动的状态 分散 气 液相中 由于相互作用力形成聚合的状态 团聚颗粒的分散技术 化工领域 涂料 染料 油墨 化妆品等 分散及分散稳定性影响产品的质量和性能 材料科学 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 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 凝聚体 点 角相接 较易分散 絮凝体 更松散 空气相对湿度 65 时 团聚原因 颗粒间作用力和空气的湿度 团聚的评价标准 团聚准数 当颗粒尺寸小于1um时 尺寸减小 团聚准数增大 团聚强度 随颗粒尺寸的减小团聚强度迅速增加 颗粒在空气中的分散途径 1 机械分散 机械力 流体的剪切力及压应力 附着力 强制性 颗粒间作用力没变 2 干燥分散 消除液桥3 表面改性 改变颗粒表面物理化学性质4 静电分散 同种电荷排斥 采用接触带电 感应带电 电晕带电使颗粒带电 本章内容 1 1颗粒的尺寸与尺寸分布1 2颗粒的形状1 3颗粒的阻力系数1 4颗粒间的作用力1 5颗粒的团聚性 1 频率分