为何粉体如此复杂?

外部变量的影响

前例所示,当粉体处于充气、松装或是固结状态时,其行为差异非常大。某些粉体对这些变量非常敏感,而另一些却不尽如此。有的粉体在充气和松装状态下可能流动良好,而在固结状态下则会造成麻烦(如墨粉)。有的粉体在松装状态下可呈现合理(良好)的流动性,在固结状态下也不太受影响,但在充气后(如陶瓷粉体,见视频), 其流动性会得到切实的提升。基于这些观察,要用单一数据充分描述粉体在加工和应用过程中遇到大量充气或是高度固结时的反应,是不太可能的。

流动性而言,固结应力和空气含量的大小是影响最大的两项变量。但是,粉体行为还受到加工速度,如混合速度或生产线填充速度,以及其它变量如环境湿度水平、储存时间等影响。性能优良的粉体经过储存,或在湿度稍高于正常水平的环境中进行加工时,可能表现出较差特性。

外部变量 何时何处发生 效应
固结
  • 振动 / 拍击
  • 直接压力(料斗、中型散装容器、小桶)
  • 颗粒间的压力、接触面积和接触点数量增加
  • 颗粒间的空气含量降低(孔隙度降低)
充气
  • 重力式卸料
  • 混料
  • 气动传输
  • 雾化给药
  • 颗粒间的压力、接触面积和接触点数量降低
  • 颗粒间的空气含量增加(孔隙度增加)
流动(剪切)速率
  • 粉体内
  • 粉体与设备器壁间
  • 混料
  • 主要是非牛顿流
  • 在低流动速率条件下对流动的阻力增加
湿度
  • 储存
  • 加工
  • 增加颗粒间的黏附性
  • 降低颗粒刚性,相容性增加,但接触表面积也增加
  • 增加电导率
静电
  • 从料斗中卸料
  • 气动传输
  • 高剪切混合
  • 增加颗粒间的结合强度
  • 粉体黏附在设备
储存时间
  • 原材料/中间料
  • 固结
  • 结块
  • 永久性地影响下游表现

制某些变量可能相对比较简单,但加工过程中的空气含量及固结应力变化通常很难避免。即便是在粉体通过最基本的输送槽时,也有可能混入空气并发生固结。充气时粉体膨胀、颗粒间距变大,这种情况会在很多工序中都会发生,包括混料、填充和出料操作,即便是没有采用外部供气的气动传输

识到这些外部变量中的任何一种都可能改变粉体行为,也就迈出了更好地理解加工性能的第一步。接着,测量粉体对各种外部变量的反应,就能理解粉体为何表现出特定的行为方式,并有机会同时优化配方及生产效率。

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