【正文】 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?粉體填充結(jié)構(gòu) —— 顆粒在空間中的排列狀態(tài) ? —— 力學(xué) 、 電學(xué) 、 傳熱學(xué) 、 流體透過(guò) …… ? —— 粒度 、 形狀 、 顆粒間相互作用力 …… ? —— 兩個(gè)極端填充狀態(tài)： ?最疏 —— 避免料倉(cāng)結(jié)拱 ?最密 —— 造粒 4 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?堆積 /容積密度 ?填充率 ?孔隙率 ?配位數(shù) ?可壓縮性 B??Pk?5 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?粉體的堆積 /容積密度 ?單位堆積體積的粉體的質(zhì)量 ， 也叫做視密度 ，粉體的質(zhì)量 M除以粉體的堆積體積 VB BBMV? ?21 B?形狀、尺寸、尺寸分布、堆積方式 6 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?松動(dòng)堆積密度 在重力作用下慢慢沉積后的堆積 （ 自然堆積 ） ； ?緊密堆積密度 通過(guò)機(jī)械振動(dòng)所達(dá)到的最緊密堆積 （ 強(qiáng)制堆積 ） 。 ,BA?,BT?7 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 100mL 防止顆粒團(tuán)聚 松動(dòng)堆積測(cè)量 緊密堆積測(cè)量 8 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 堆積方式對(duì)小顆粒影響大 9 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 PVC比較特殊 10 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?填充率 ?顆粒體積占粉體堆積體積的比率 = PBBPVV??????堆積的顆粒體積 粉體填充體積 11 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體填充與堆積特性 ?粉體堆積的空隙率 ?空隙體積占粉體堆積體積的比率 ， 亦即顆粒間的空隙體積 Vv 除以粉體的堆積體積 VB 11v BBPVV????? ? ? ? ?22 ?= PBBPVV?????堆積的顆粒體積 粉體填充體積 12 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 堆積空隙率 取決于顆粒的形狀 、 顆粒的尺寸與尺寸分布及粉體的堆積方式 。 ?Smith等人將 80～ 130mm的燒杯中 ， 注入 20%醋酸水溶液后 ， 十分小心地倒掉溶液 。 Mason測(cè)定與所觀察顆粒完全接觸的顆粒 ， 及比較近接觸的顆粒 ， 方法同 Smith， 鋼球直徑 ， 1000～5000個(gè)填入容器 ， 浸滿墨汁后取出 ， 干燥后如圖示兩類斑點(diǎn) 。 粉體的可壓縮性跟其堆積狀態(tài)有關(guān) ， 用以表征粉體的可壓縮性 。 ?實(shí)驗(yàn)證明 ， 對(duì)大多數(shù)分子來(lái)說(shuō) ， 色散力是主要的；只有偶極矩很大的分子 (如水 )， 取向力才是主要的；而誘導(dǎo)力通常是很小的 。 ?對(duì)于不同材料的顆粒 ， 其 Hamaker常數(shù)取各自常數(shù)的幾何平均 1100 48 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 顆粒－顆粒 Hamaker常數(shù) A/eV 顆粒－顆粒 Hamaker常數(shù) A/eV 真空 水 真空 水 AuAu MgOMgO AgAg KClKCl CuCu CdsCds 金屬－金屬 — Al2O3 Al2O3 — CC H2OH2O — SiSi PolystyrenePolystyrene GeGe 表 113 一些顆粒系數(shù)在真空和水中的 Hamaker常數(shù)值 P19 49 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?顆粒間的范德華力 / Hamaker理論 ?顆粒間的引力 ， 即顆粒間的范德華力為 00 1220 0 1 212ppv d wU ddAFZ Z d d?? ? ? ???1101 約定負(fù)號(hào)表示引力 。 結(jié)果見(jiàn)圖 116。 background 60 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 61 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 220 0 0( 1 ) ( 1 )1 2 2 1 2 2p p g sA D a B D aUZ D Z Z D???? ? ? ? ?a－顆粒變形后的接觸面積； D－顆粒的接觸直徑。) ( 1 39。 顆粒間的附著力 78 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒間的附著力 ?顆粒間的毛細(xì)力 ?當(dāng)粉體暴露在濕空氣中時(shí) ， 顆粒將吸收空氣中的水分 。 79 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 （ 1） 接觸點(diǎn)液橋 （ 2） 接觸點(diǎn)附近空隙有液體存在 （ 3）所有空隙均充滿液體 顆粒間的附著力 80 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 ?????????????ncnncrrTrTrF11221130 當(dāng)顆粒間形成液橋時(shí) ， 由于表面張力和毛細(xì)壓差的作用 ， 顆粒間將有作用力存在 ， 稱為毛細(xì)力 。顆粒間便存在作用力 ， 稱為靜電力 。 ?顆粒間的引力還可以借測(cè)量粉末層的破斷力 ，根據(jù)其所含接觸點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行估算 。 ?分散及分散穩(wěn)定性直接影響涂料 、 染料 、 油墨和化妝品等的質(zhì)量和性能； ?復(fù)合材料及納米材料制備的成敗與超微粉體的分散穩(wěn)定性緊密相連 。 因此 ， 杜絕液橋的產(chǎn)生或破壞已形成的液橋是保證顆粒分散的主要手段之一 。 ?不同改性劑不同使用量分散效果也不一樣 。 固體顆粒被潤(rùn)濕的過(guò)程主要基于顆粒表面對(duì)該液體的潤(rùn)濕性 。 ?常用的分散劑：無(wú)機(jī)電解質(zhì) ， 表面活性劑和高分子分散劑 。 103 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 顆粒的團(tuán)聚和分散 ?液體中顆粒的團(tuán)聚與分散 —— 機(jī)械調(diào)控 ?機(jī)械攪拌是通過(guò)強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌方式引起液體強(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊 、 剪切及拉伸等機(jī)械力而使顆粒團(tuán)聚體碎解懸浮 。水分子由于具有偶極性而中和了上述電荷 ，顆粒表面的過(guò)剩表面能將由于放出潤(rùn)濕熱而減小 ， 結(jié)果在顆粒表面形成一吸附水層 。 當(dāng)粉料孔隙中相對(duì)濕度為 100％ 時(shí)的吸附水含量 ， 稱為最大吸附水含量 。 109 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?薄膜水： ?極其相鄰的等徑顆粒 A和 B，若顆粒 A的水膜較厚 ， 位于 F處的薄膜水距顆粒 B的中心較距顆粒 A的中心近 ，因此薄膜水 F開(kāi)始向顆粒 B移動(dòng) ， 即顆粒 A周圍較厚的水膜開(kāi)始向顆粒 B移動(dòng) ，直至兩者水膜厚度相等為止 。 112 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?毛細(xì)管水： ?當(dāng)粉料繼續(xù)被潤(rùn)濕到超過(guò)最大分子結(jié)合水分時(shí) ， 就形成了毛細(xì)管水 。 ? ?rF ?????21 t g 2/?114 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?毛細(xì)管水： ?毛細(xì)管水能在毛細(xì)管負(fù)壓的作用下和在引起毛細(xì)管形狀和尺寸改變的外力作用下發(fā)生較快的遷移 。 重力水對(duì)顆粒具有浮力 。 115 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?重力水： ?當(dāng)粉料完全被水浸透時(shí) ， 還可能存在重力水 。 毛細(xì)管水分能夠?qū)㈩w粒拉緊靠攏 ，此乃由于在毛細(xì)管內(nèi)呈負(fù)壓之故 。 ?顆粒間距離越小 ， 薄膜水粘性就越大 ， 顆粒就越不易發(fā)生相對(duì)移動(dòng)；因此 ， 薄膜水厚度影響粉料的物理力學(xué)性質(zhì) (如成球性 、 壓縮性 、 可塑性等 ) 。 但象粘土那樣的約 1μm的細(xì)粉料 ，吸附水也能使它成為硬塊 。即使干燥顆粒還會(huì)吸收大氣中的氣態(tài)水分子。 104 粉體力學(xué) 大連理工大學(xué)流體與粉體工程研究設(shè)計(jì)所 劉鳳霞 粉體的潤(rùn)濕特性 ?依粉料被水潤(rùn)濕的過(guò)程 ， 水分主要以四種形態(tài)出現(xiàn)并起作用： ?毛細(xì)管水 —— capillary state ?重力水 —— 浸漬狀態(tài) immersed