粉体颗粒物性
【精品文章】粉体的物理和化学特性 如何全面表征？
粉体的物理和化学特性如何全面表征？
粉体通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。
组成粉体的最小单位或个体称为粉体颗粒。
粉体的重要特性可以分为四类：（1）物理特性，（2）化学成分，（3）相成分，（4）表面特性。
粉体的这些特性对坯体的颗粒堆积均匀性和烧结过程中的微观结构变化有很大的影响，下面就粉体特性的表征方法做简要概述。
一、粉体粒度、粒度分布分析
1、粉体颗粒粒度定义
粉体一般由不同尺寸的颗粒组成，这些尺寸分布在某一范围内。
对不规则形状颗粒的尺寸定义有很多种，我们关注的一般是平均颗粒尺寸，根据定义不同有三种：线性平均粒径、表面平均粒径和体积平均粒径。
颗粒形状对流动性和粉末堆积程度有一定影响，一般倾向于球形和等轴状粉末的使用，因为它们能提升固体的堆积同质性。
表1不同颗粒尺寸名称及定义
2、粉体粒度及粒度分布表征方法
粉体粒度及粒度分布表征方法主要有：筛分法、显微分析法、沉积法、激光法、电子传感技术、X射线衍射法。
目前最常用的粒度分析方法是采用激光粒度分析仪。
激光粒度分析仪
粉体粒度测试方法对比表：
二、粉体形貌分析
表面形貌表征技术基于微观粒子（原子、离子、中子、电子等）之间的。
2 粉体的物性
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二、粉体的开放屈服பைடு நூலகம்度
2 cos φi fc = τ0 1 − sin φi
0 0
=0，fc=0 （Ⅰ类粉体不结拱） =0， 类粉体不结拱）
不等于0 不等于0，fc=常数（ Ⅱ类粉体，与预压缩 类粉体， 应力无关） 应力无关） fc随 0 的增加而增加 （ Ⅲ类粉体，随预压缩 类粉体， 应力的增加而增加） 应力的增加而增加）
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四、粉体流动性的影响因素与改善方法 1.增大粒子大小 1.增大粒子大小 对于粘附性的粉状粒子进行造粒， 对于粘附性的粉状粒子进行造粒，以减少粒子间的 接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。 接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。 2.粒子形态及表面粗糙度 2.粒子形态及表面粗糙度 球形粒子的光滑表面，能减少接触点数， 球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦 力。 3.含湿量 3.含湿量 适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 4.加入助流剂的影响 4.加入助流剂的影响 加入0.5%～2%滑石粉 滑石粉、 加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大 改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。 改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。
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2.5 Molerus 粉体分类
2.6 粉体的流动性
粉体颗粒的物性
测量/描述方法：将连续的粒度分布范围分成多个 离散的粒级 D，测出各粒级中颗粒的个数或质量 百分数。
– 显微镜法 – 计数器法 个数分布数据
– 筛分析法
– 沉降法 – 数学函数法
质量分布数据 概率理论或近似函数的经验法寻 求数学函数，以描述粒度分布
粒度的频率分布
频率及频率分布的概念
大小为DP的颗粒在样
1 粉体颗粒的物性
1.1 颗粒的尺寸与尺寸分布
1.2
1.3
颗粒的形状
颗粒的阻力系数与自由沉降
1.4
粉体间的作用力
1.5 粉体颗粒的团聚性
颗
粉粒体 粉
粒 （＞100 μ m）
体 （1～100μ m） 角 针 状 状
超细粉体 （0.1～1μ m） 纳米粉体 （＜ 0.1μ m）
树 枝 状 纤 维 状 片 状
累积分布
累积分布的概念
把颗粒大小的频率分布按一定的方式累积，便得到 累积分布的类型 几点说明 相应的累积分布。
1. 将频率或频数按照粒径从小到大进行累积——负累积；所得到
累积分布表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部 工程上累积分布比频率或频数分布曲线用的广泛。 的累积分布表示小于某一粒径的颗粒的数量或百分数，曲线又称为累
定向最大径
S1 Martin径 S2
Feret径
对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向的平 均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。
总 结
粒径的统计特征
粉体的粒径具有统计特征，而不是对单个颗粒的尺 寸。所以，一般将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可
将粒径和粒度二词通用。
粒径的表示方法
颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示。 球性颗粒的直径就是粒径（particle diameter）。非球形颗 粒的粒径则用球体、立方体或长方体的尺寸表示。其中用 球体的直径表示不规则颗粒的粒径应用得最普遍，称为当 量直径或相当径（equivalent diameter）。
化妆品粉体的基本性质及功能
化妆品粉体的基本性质及功能彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。
粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。
本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。
1. 粉体的基本特性粉体(powder material)可以视为固体、液体、气体以外的第四性状。
粉体和固体一样拥有结晶性，与液体一样拥有流动性，与气体一样在不同的粒度（grain size/granularity）表现出飞散(free flowing)性。
粉体是多个固体微粒的集合体，粒子之间有一定的相互作用存在。
考虑一种粉体粒子的基本性质时，应区分粒子的大小、表面能量、表面构造、表面物性等因素。
如果按粒子大小分类可分为——广义的粉体：1 nm ~ 1 mm，狭义的粉体：< 50 um，微粉体：1 um ~ 50 um，超微粉体：10 nm ~ 1 um。
粉体以1um粒度为分界线，表现出的物理、化学性质有以下差异（见表1）。
粗大粒子(Macro particle)的特征——不凝集、流动性增加。
微粒子的特征——粒子的附着力增加，超过重力的影响而出现凝集。
粉体粒子的物理性质可分为粒子性质与粉体性质（见表2）2. 化妆品用粉体的特性化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等（详见表3）。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。
有机颜料：以tar color为代表，可分为染料、色淀颜料、颜料等3个类别。
染料(Dye)：溶于水或者溶剂，具有染色功能的原料。
按照发色团的化学构造分类（水溶性染料、油溶性染料）。
颜料(Pigments)：色素自身构造不携带可溶性基，不溶于水、油、溶媒等。
按构造可分类为偶氮(Azo)系、靛蓝(indigo)系、酞花菁(Phthalocyanine)系颜料等。
第三章 粉体的物性与流变学
设密度ρ1的大颗粒单独填充时空隙率为ε1，将ρ2、 ε2的小颗粒填充到大颗粒的空隙中，则填充体单位 体积大颗粒的质量W1为： W1＝（1－ε1） ρ1
小颗粒质量
W2＝ ε1 （1－ ε2 ） ρ2
混合物中大颗粒的质量比率为
f W1
(1 1)1
W1 W2 (1 1)1 2 (1 1)2
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2.2 影响休止角的因素 （1） 颗粒的形状 （2） 颗粒的大小 （3 ）粉体的填充状态
对于不同粉体，空隙率越大，填充越困难，休止角越大 对于同种粉体，空隙率越小，休止角越大（接触点增多）
（4） 振动 （5） 粉料中通入压缩空气时，休止角显著地减小
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3、 流出速度(flow velocity) 将物料加入漏斗中，测量全部物料流出所需的时
9
(a) 装配图
(b) 流速漏斗 松装密度测定装置一
(c) 量杯
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(1) 漏斗 (2) 阻尼箱 (3) 阻尼隔板 (4) 量杯 (5) 支架
松装密度测定装置二
11
第二节 粉体的填充与堆积
一、粉体的空隙率 空隙率（porosity）是粉体中空隙所占有的比率。 粒子内空隙率 内=（Vg-Vt ） / Vg =1-g / t 粒子间空隙率 间= （ V-Vg ） / V = 1- b/g 总空隙率 总= （ V -Vt ） / V =1- b/t
粒子间的附着力、凝聚力。
2.粒子形态及表面粗糙度
球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦力。
3.含湿量
适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。
4.加入助流剂的影响
加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大改善粉
体的流动性。但过多使用反而增加阻力。
粉体的物性
粒的大小、颗粒间的相互作用，以及填充条件的变
化而变化。
二、粉体的堆积密度
（一）粉体密度的概念
• 粉体的密度系指单位体积粉体的质量。 • 由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，
粉体的体积具有不同的含义。 • 粉体的密度根据所指的体积不同分为
真密度、颗粒密度、松密度三种。
• 压缩性(compressibility)表示粉体在压力下 体积减少的能力。 成形性(compactibility) 表示物料紧密结合成一定形状的能力。
• 粉体的压缩性和成形性简称压缩成形性。 • 压缩成形理论以及各种物料的压缩特性，
对于处方筛选与工艺选择具有重要意义。
• 粉体的可压缩性
– 当粉体在松动堆积状态受到压缩作用时，其堆 积体积将减小。颗粒间的空隙亦相应地减小。 粉体的可压缩性跟其堆积状态有关，用以表征 粉体的可压缩性。定义如下：
• 是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积VB求 得的密度，亦称堆积密度。
ρB= M / VB
填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得
的密度称振实密度（tap density）ρBt。
若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt = ρg 一般： ρt ≥ ρg ＞ ρBt ≥ ρB
• 粉体的堆积/容积密度 B
• 正方形排列层 • 单斜方形/六方系排列层
正方形排列层 等边三角形/菱形/六边形排列层
均一球形颗粒的基本排列层
最
最
密
松
dP= 7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表2-2计算结果 相比较。一致，非常吻合！
随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。
2.2 粉体的可压缩性
一、粉体的压缩特性体晶格压密过程
粉末物性测试 振实密度 休止角 崩溃角 流动性指数
成都天依科创科技有限公司检测测试
粉体物性测试振实密度休止角崩溃角流动性指数
粉体物性是粉体材料的基本特性，研究粉体物性对粉体生产、加工、包装、运输、储存、应用等具有重要的实际意义。
比如：
a.设计储料仓的锥度时要考虑休止角和崩溃角；
b.设计包装袋或包装桶时要考虑振实密度和松装密度；
c.在管路中用气体输送粉体时要考虑流动性指数和喷流性指数等等。
粉体物性有如此多的实际意义，对粉体物性的测试意义重大。
10.均齐度：均齐度是粒度分布的D60和D10的比值。
11.凝集度：凝集度是一种根据粉体在筛分时表现的特性，对于颗粒内应力的作出的解释性
测量的一个指标。
12.流动性指数：流动性指数是休止角、压缩度、平板角、均齐度、凝集度等项指数的加权
和。
流动性指数与压缩度有关。
13.喷流性指数：喷流性指数是流动性指数、崩溃角、差角、分散度等项指数的加权和。
第二章续+粉体物性概述
1、粉体的定义
所谓粉体就是大量固体粒子的集合体，而且 在集合体的粒子间存在着适当的作用力。 粉体粒子间的相互作用力，至今仍无明确的 定量概念。通常是指在触及它时，集合体就发生 流动、变形这样大小的力。粉体粒子间的适当作 用力是粒子集合体成为粉体的必要条件之一，粒 子间的作用力过大或过小都不能成为粉体。
成不同尺寸的粉体有利于进行颗粒级配，达到紧密
堆积。
4） 使粒子具有流动性，便于给料控制及输送（特
别是气力输送）。 5） 便于不同组分的分离。为了剔除某些有害成分， 必须减小粒子的尺寸，才能进行分离操作。选矿即
利用此原理。
4、粉体的特点
材料成为粉体时具有以下特征
→不连续性，粉体由许多各自独立的大小不同 的粒子组成，能控制物性的方向性 →流动性，在流动极限附近流动性的变化较 大，能在固体状态下混合 →离散集合是可逆的 →具有塑性，可加工成型 →粒子形状不规则性 →比表面积大，具有化学活性，粉体化后粉体表面 存在着物质分子间结合的过剩能
力之间的平衡等。 ∞ 动力学性质—流动性，对材料的磨损性 以上分类，只是为了便于研究，在处理工程问题
时，应从粉体的各个方面加以全面考虑。
思考与练习
• 1、有二种粉体A和B，A的325目筛余 为25%；B的425目筛余为25%。哪种 粉体相对更细？
• 2、与其它形式的物质相比，粉体具有 哪些特点？
如粉体的粒度，形状，粒度分布比表面等性质。
根据粉体的特性有目的地对生产所用原料进 行粉体的制备和粉体性能的调控、处理，是获得
性能优良的材料的前提。
由于粉体中大量固体粒子的集合体，在进行 粉体的研究中就须从两方面加以考虑，那就是要 同时考虑到单个粒子的性质，也要考虑到大量固 体粒子的集合体的性质。
粉体特性课件
然后去掉液氮, 测试脱附曲线； 注入已知量的氮气, 获得定标曲线； 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm
SM
N AVm Am Vmol M s
NA: 阿伏伽德罗常数；Am: 一个吸附分子所占 面积（16.2*10-20m2for N2)；Vmol: 气体摩尔 体积；Ms试样质量
胶体中粒子23的相互作用
电解质溶液中固体颗粒的相互作用 主要是由颗粒的双电层排斥力和范 德华引力的构成。
引力控制时, 颗粒团聚。反之, 斥力 控制时, 颗粒分散。
在非极性介质中, 可以通过颗粒吸附 高分子等分散剂, 其立体阻碍效应产 生排斥力。
影响双电层的因素 24
颗粒表面电位
pH
0 exp x / 1
多孔粉体
粉体存在开口和闭孔气孔16
粉体的密度有三种
体积密度(Bulk density)Db: 粉体的体积包括开 口和闭孔体积
表观密度(Apparent density) Da: 只包括闭孔体 积
真体（部极 分限 的） 体密 积度(UlDtiam aWte3 dWWe0n1sWiWt0y2 )WD1u D: L只是固
电泳electrophoresis : 在电场作用下，带电粒子 相对于液相移动的现象。粒子的移动速度与ξ电 位成正比。因此通过测量一定电场下粒子的移动 速度可以测得粒子的ξ电位。
fHve r0E
• 电渗electroosmosis : 在电场作用下电解质液体 相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的 现象。
从成型的角度, 不同的成型方法, 对粒度的要求不 同。
较宽的粒度分布或双峰分布有利于成型堆积密度 的提高, 但是, 对烧结过程不利, 异常晶粒长大, 微 结构及性能变差
粉体学基础知识一粒径和粒度分布
粉体学基础知识一:粒径和粒度分布粉体学(micromeritics)是研究无数个固体粒子集合体的基本性质及其应用的科学。
通常<100μm的粒子叫“粉”，容易产生粒子间的相互作用而流动性较差；>100μm的粒子叫“粒”，较难产生粒子间的相互作用而流动性较好。
单体粒子叫一级粒子（primary particles)；团聚粒子叫二级粒子（second particle)。
粉体的物态特征：①具有与液体相类似的流动性；②具有与气体相类似的压缩性；③具有固体的抗变形能力。
粉体粒子的物理性质主要有：粒子与粒度分布、粒子形态、比表面积等。
粒子径与粒度分布粉体的粒子大小也称粒度，含有粒子大小和粒子分布双重含义，是粉体的基础性质。
对于一个不规则粒子，其粒子径的测定方法不同，其物理意义不同，测定值也不同。
粒径的表示方法有以下两种：1、几何学粒子径：根据几何学尺寸定义的粒子径，一般用图像法测定。
三轴径：在粒子的平面投影图上测定长径l与短径b，在投影平面的垂直方向测定粒子的厚度h。
反映粒子的实际尺寸。
定向径（投影径）：Feret径(或Green径) ：定方向接线径，即一定方向的平行线将粒子的投影面外接时平行线间的距离。
Krummbein径：定方向最大径，即在一定方向上分割粒子投影面的最大长度。
Martin径：定方向等分径，即一定方向的线将粒子投影面积等份分割时的长度。
2、等效粒径等效粒径的定义：当一个不规则体粒子的某种物理行为或者物理参量与材质相同的某球体相同或者近似时，我们把该球体的直径称为为此不规则粒子的某种等效粒径。
当参考的物理行为或者物理参量不同时，测量同一个不规则体粒子可能会得到多个等效粒径值。
常见的等效方法有以下几种：光散射等效：光波在传导过程中遇到障碍物颗粒会发生偏转，光波偏转的角度跟颗粒的粒径成反比关系。
当某颗粒引起的光波偏转量等于某同质球体的偏转量时，我们认为该球直径即为该颗粒的光散射等效粒径。
粉体的基本性质及功能
粉体的基本性质及功能《营销界•化妆品观察》2011年1月27日作者：裴廷镐【小中大】彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。
粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。
本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。
1. 粉体的基本特性粉体(powder material)可以视为固体、液体、气体以外的第四性状。
粉体和固体一样拥有结晶性，与液体一样拥有流动性，与气体一样在不同的粒度（grain size/granularity）表现出飞散(free flowing)性。
粉体是多个固体微粒的集合体，粒子之间有一定的相互作用存在。
考虑一种粉体粒子的基本性质时，应区分粒子的大小、表面能量、表面构造、表面物性等因素。
如果按粒子大小分类可分为——广义的粉体：1 nm ~ 1 mm，狭义的粉体：< 50 um，微粉体：1 um ~ 50 um，超微粉体：10 nm ~ 1 um。
粉体以1um粒度为分界线，表现出的物理、化学性质有以下差异（见表1）。
λ粗大粒子(Macro particle)的特征——不凝集、流动性增加。
λ微粒子的特征——粒子的附着力增加，超过重力的影响而出现凝集。
粒子的大小小于1um时大于1um时增加的物理性质表面积，表面活性，反应性，凝集性，吸液量流动性，充填性，纯度增加表1.粒子大小与物理性质粉体粒子的物理性质可分为粒子性质与粉体性质（见表2）。
作为粒子的性质作为粉体的性质结晶质的大小、排向大小和分布外观密度形状充填构造构造流动性密度吸液量附着力表面的性质表2.粉体粒子的物理性质2. 化妆品用粉体的特性化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等（详见表3）。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。
第6章粉体颗粒几何特性
第6章粉体颗粒几何特性第六章粉体颗粒几何特性工程中常把在常态下以较细的粉粒状态下存在的物料，称为粉体物料，简称粉体。
或者说粉体物料是由无数颗粒组成的。
从宏观角度看，颗粒是粉体物料的最小单元。
构成粉体颗粒的大小，小至只能用电子显微镜才可看得清的几个纳米，大到用肉眼可辨别的数百微米，乃至几十毫米。
如果构成粉体的所有颗粒，其大小和和形状都是一样的，则称为单分散粉体，这种粉体在自然界中极为罕见。
大多数粉体都是由各种不同大小的颗粒所组成，而且形状各异，称这样的粉体为多分散粉体。
粉体颗粒的大小和在粉体颗粒群中所占的比例，分别称为粉体物料的粒度和粒度分布。
颗粒的大小、分布、表面形状和结构形态是粉体其它性能的基础。
粉体结构形态主要分为两种：堆积态（自由堆积和容器堆积）和悬浮态。
尽管各种粉体物料的尺寸和形态千差万别，但如果从构成看，往往可分成四种类型：原级颗粒型、聚集体颗粒型(由一次颗粒以表面叠合而成，很难分散，须用粉碎的方法才能使其解体)、凝聚体颗粒型（又称三次颗粒，由原级颗粒或聚集体以棱或角结合而成，结合力较弱）和絮凝体颗粒型（与液相介质一起构成的分散体系）。
§6-1 颗粒大小的表示方法描述单颗粒的几何特性参数主要是尺寸大小和形状。
较粗的粉体，多用“目”来表示其大小。
所谓“目”，是指一英寸长度标准试验筛（筛网）上的筛孔数量。
但为了准确表示颗粒的大小，又常用粒度来表示。
粒度是颗粒大小的一维空间线性尺寸。
对于一般颗粒，常用粒径表示。
对于立方体，可用边长表示。
颗粒的粒度是粉体诸特性中最重要的特性值，其它很多粉体技术参数都可转化为相对于粒度的关系来表示。
颗粒的粒度和形状能显著影响粉末及其产品的性质和用途。
如：水泥的强度与其细度有关；磨料的粒度和粒度分布决定其质量等级；粉碎和分级也需要测量粒度。
形状最规则的物体当然是球形物，球形颗粒只有一个线性特征尺寸，球的粒度自然就用直径这个特征尺寸表示。
而立方体颗粒的边长是其特征尺寸，可用之来表示粒度。
粉体工程复习资料
一、名词解释1、粉体：由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群体。
2、颗粒：能单独存在并参与操作过程，还能反应物料某种基本构造与性质的最小单元。
3、颗粒形状系数：在表示颗粒群性质和具体物理现象、单元过程等函数时，把与颗粒形状有关的诸多因素概括为一个修正系数加以考虑，该修正系数即为形状系数。
（有体积形状指数、表面积形状指数、比表面积形状指数）4、颗粒形状指数：表示单一颗粒外形的几何量的各种无因次组合。
5、粒度分布：指将颗粒群用一定的粒度范围按大小顺序分为若干粒级，各级别粒子占颗粒群总量的百分数。
6、破坏包络线：对同一粉体层的所有极限摩尔圆可以做一条公切线，这条公切线成为破坏包络线。
7、填充率：粉体所占体积与粉体表观体积的比值。
8、球形度：与颗粒等体积的球和实际粉体的表面积之比。
9、孔隙率：粉体层中空隙所占有的比率。
10、配位数：某一个颗粒与周围空间接触的颗粒个数。
11、极限应力状态：在粉体层加压不大时，因粉体层的强度足以抵御外界压力，此时粉体层外观不起变化，当压力达到某一极性状态时，此时的应力称极限应力。
粉体层就会突然崩坏，这与金属脆性材料的断裂是一致的。
12、库仑粉体：分体的破坏包络线呈一条直线，称该粉体为库仑粉体。
13、粘附性粉体：破坏包络线不经过坐标原点的粉体称为粘附性粉体。
14、主动受压粉体：由于重力作用在崩塌前将其支撑住，在崩塌时临界状态称主动态，最小应力在水平方向。
15、被动受压粉体：粉体延水平方向压缩，当粉体呀倾斜向上压动时的临界状态称为被动状态，最大主应力在水平方向。
16、堆积：17、安息角/休止角：指物料堆积层的自由表面在静平衡状态下，与水平面形成的最大角度。
（安息角越小，粉体的流动性越好）18、均化：物料在外力作用下发生速度和方向的改变，使各组分颗粒得以均匀分布。
19、粉体流动函数：固结主应力与开放屈服强度存在着一定的函数关系。
20、静态拱：物料颗粒在出口处起拱，此时正好承受上面的压力这样流动停止，此时孔口处处于静止平衡状态。
粉体粒度的定义
粉体粒度的定义
粉体粒度是指粉体颗粒的大小分布情况，通常用平均粒径来表示。
粉体粒度的大小和分布对于粉体的物理性质、化学性质、流动性、压实性、分散性、溶解性等都有着重要的影响。
粉体粒度的大小和分布对于粉体的物理性质有着重要的影响。
粉体的物理性质包括密度、孔隙率、比表面积、流动性等。
粉体粒度越小，比表面积就越大，孔隙率也就越高，密度就越低。
这些因素都会影响粉体的流动性，使得粉体在输送、储存、加工等过程中更容易出现堵塞、结块等问题。
粉体粒度的大小和分布还会影响粉体的化学性质。
粉体的化学性质包括反应性、稳定性、溶解性等。
粉体粒度越小，表面积就越大，与其他物质的接触面积也就越大，反应速率也就越快。
此外，粉体粒度的大小和分布还会影响粉体的稳定性和溶解性。
粉体粒度越小，稳定性就越差，溶解性就越好。
粉体粒度的大小和分布还会影响粉体的压实性和分散性。
粉体的压实性是指粉体在压缩过程中的变形能力，分散性是指粉体在液体中的分散能力。
粉体粒度越小，压实性就越好，分散性也就越好。
这是因为粉体粒度越小，颗粒之间的接触面积就越大，颗粒之间的相互作用力也就越大，从而使得粉体更容易压实和分散。
粉体粒度的大小和分布对于粉体的物理性质、化学性质、流动性、
压实性、分散性、溶解性等都有着重要的影响。
因此，在粉体的生产、加工、储存、运输等过程中，需要对粉体的粒度进行严格的控制和管理，以确保粉体的质量和稳定性。
粉体表征方法
激光法粒度测定
• 图为激光粒度仪的原理结构
筛分法
原理：将被测样品经 过不同大小孔径的筛网过 筛，然后再称重，结果是 质量对应筛网目数的分布。 筛分法的测定范围：5μ ｍ～125ｍｍ，可分为水 筛法、干筛法等。 • 优缺点：筛分法是一 种最简便的粒度测试方法， 该方法简单，但准确性差， 较费时，难于测量粘结的 及团聚的粉末颗粒。
显微图象法
• 工作原理是将显微镜放大后的颗粒图像通过CCD摄像头 和图形采 集卡传输到计算机中，由计算机对这些图像进 行边缘识别等处理，计算出每个颗粒的投影面积，根据 等效投影面积原理得出每个颗粒的粒径，再统计出所设 定的粒径 区间的颗粒的数量，就可以得到粒度分布了。 • 除了进行粒度测试之外，显微图象法还常用来观察和测 试颗粒的形貌。
比表面积的测定方法
• 直接测定粉体的比表面积常用方法有 ： • 气体吸附法 • 气体透过法气体透过法只能测粒子外部 比表面积，粒子内部空隙的比表面积不能 测，因此不适合用于多孔形粒子的比表面 积的测定。还有溶液吸附、浸润热、消光 、热传导、阳极氧化原理等方法。
粉体的密度
• 1.真密度（true density) ρ t。指粉体质量（W）除以不 包括颗粒内外空隙的体积（真体积Vt）求得的密度。ρ t = w/Vt • 2、颗粒密度（granule density) ρ g。是指粉体质量 除以包括开口细孔与封闭细孔在内的颗粒体积Vg所求得 密度。ρ g = w/Vg • 3、松密度（bulk density) ρ b。是指粉体质量除以该 粉体所占容器的体积V求得的密度，亦称堆密度。 • 4、振实密度：填充粉体时，经一定规律振动或轻敲 后测得的密度称振实密度（tap density） ρ bt。 • 若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρ t = ρ g 。一般情况 下： ρ t ≥ ρ g ＞ ρ bt ≥ ρ b •
22粉体物性测定与表征
（2）粉体粒度及测定
1)筛分析法
2)光学显微镜法
3)透射电光透过法 6) 激光散射法
优缺点
1)筛分析法
设备： 震筛机
偏心振动式
圆周摇动 270-300/min
上下振动 140-160/min
筛网标准采用泰勒制 目数：筛网1英寸长度上的网孔数。 含义：-80+100
考虑到在气液固三相共存的体系中，气相含有液体的蒸气， 蒸气可能吸附到固体表面上，使固体表面能变化。若以 代表固体表面吸附层的表面压，结合润湿方程：
cos 有： SG SL LG
LG
cos 1 2
1 2 SG LG e
2) 浸润热法测固体表面能 将一固体浸入一液体中所放出的热量称之为浸润 热或润湿热，一般用 H i 表示。润湿热越大，说 明固体和液体间的亲和力越强。对于非极性固体，各 种液体与它之间的相互作用都主要是色散力的作用， 因而无论液体是极性的还是非极性的，所得润湿热都 很接近。而极性固体与液体间的相互作用的强弱乃至 性质都会随液体的性质不同而不同。
表面形状因子 体积形状因子 比形状因子
表面形状因子 对于球形颗粒：S=πd2 体积形状因子 V=1/6 πd3 对于任意形状的颗粒，其表面积与体积可以 认为与某一相当直径的平方和立方成正比， 而比例系数与选择的直径有关。 若用投影面积da， 则：S=fπ da 2； V=k π da 3
f/k：比形状因子
C 热解吸色谱法
和容量法、重量法不同。热解吸色谱法是一种动 态方法，也就是说，吸附气体处于流动过程中，因此 又称动态气体吸附法。方法为纳尔逊（Nelson）和埃 格特森（Eggertsen）于1958年引入。由于操作简单 和快速。在实际工作中已得到广泛应用。 热解吸色谱法和静态气体吸附法比较，热解吸色 谱法的优点是明显的：（1）比表面积测量范围宽。 （2）测量快速 。（3）系统不再需要高真空，样品 预处理可直接在载气流下进行；废弃了易碎和复杂的 玻璃管系统；不再接触有毒物质汞。（4）参数自动 纪录，操作简单。
粉体颗粒物性
平均颗粒尺寸
常用的颗粒平均尺寸有三种：
①中间尺寸：颗粒百分数达到50%所对应的 值 所对应的颗粒尺寸；
③动量矩平均尺寸x：在频率尺寸分布图中平均尺寸
对纵坐标的动力距等于所有颗粒尺寸区间对纵坐标动 量矩之和
尺寸分布宽度
4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
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颗粒间的范德华力
通常，颗粒是没有极性的，但由于构成颗粒的分子或原子，特别 是表面原子或分子的电子运动，颗粒会发生瞬时偶极，使得相互靠近 的两颗粒发生相互吸引，产生范德华力。
①表面吸附气体会增加范德华力；
影
②颗粒变形使得接触面积增加，加大
响
范德华力；
由于颗粒的团聚性主要取决于颗粒间的作用力和颗粒的重力之 比，定义颗粒的团聚数 Co为：
Co Fint er mg
其中 m——颗粒的质量； Finter ——颗粒间的作用力，主要有颗粒间的范德华力、毛细力、
静电力和烧结作用等。
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参考文献
• 谢洪勇等.粉体力学与工程（第二版）[M]. 北京：化学工业出版社，2007:1-28.
因 素
③表面粗糙度（范德华力随颗粒表面粗糙度 半径的增加而迅速衰减）。
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颗粒间毛细力
当粉体暴露在湿空气中时，颗粒会进行对水分的吸收，吸收饱 和状态，颗粒之间的空隙会出现水分凝结，形成液桥。
当颗粒间形成液桥时，由于表面张力的毛细夜差的作用，颗粒 间将有作用力存在，该力称为毛细力。
颗粒间的液桥一旦形成，毛细力大于范德华力，将决定颗粒 的行为。此时粉体将具有液浆的特性。
气固两相流
颗粒粉末粉体学国标发布，2019年7月1日起实施
颗粒粉末粉体学国标发布，2019年7月1日起实施近日，国家标准化管理委员会发布了GB/T 31057.2-2018《颗粒材料物理性能测试第2部分：振实密度的测量》、GB/T 31057.3-2018《颗粒材料物理性能测试第3部分：流动性指数的测量》，适用于平均粒径为5μm~5mm的粉体材料的振实密度、流动性指数的测量。
制药行业颗粒剂、片剂、散剂、大部分胶囊剂和粉针剂等颗粒/粉体均在此范围内。
有关这两份标准的解读如下：流动性指数 flow index关于流动性指数flow index，标准通过综合评价颗粒材料休止角、压缩度、抹刀角、均齐度和凝集度来计算颗粒的流动性。
休止角 angle of repose休止角为粉体堆积层的自由表面在静止平衡状态下与水平面形成的最大角度也称静止角.[GB/T 16418- 2008,定义 2.2.5.4]测试方法：将颗粒材料从一定高度通过漏斗落在水平的金属板上,形成一个圆锥体,测量圆锥体的锥面和底面的夹角,可得出休止角。
也可由所得到的圆锥体的直径和高度计算出休止角。
装置颗粒物理性能的测量装置如图所示。
颗粒物理性能测量装置漏斗锥度60°士0.5°,流出口直径10mm。
漏斗中心与下部料盘中心应在一-条垂线上,流出口底沿与盘面距离80 mm士2 mm,料盘直径80 mm。
抹刀角 angle of spatnla抹刀角是指：将埋在粉体中的平板向上垂直提起，粉体附在垂直平板上的自由表面(斜面)和平板之间的夹角与其受到震动后的夹角的平均值，也称平板角。
测试方法：颗粒材料附着在垂直平板上的自由表面(斜面)和平板之间的夹角与受到震动后的相应夹角的平均值。
抹刀角反映颗粒之间的相对摩擦,其值受颗粒大小和形状、颗粒之间的附着及空隙率的影响。
抹刀角愈小，则其流动性愈强。
应按照以下程序测试：a) 使用水平仪,凋节底座支脚,使装置呈水平状态;b) 把顆粒材料加人到漏斗中,不得振动试验装置。
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13
自由沉降速度
当颗粒达到自由沉降时，流体对颗粒的曳力等于颗粒的重力减去 流体对颗粒的浮力，即：
Fd
6
(P
f
)gd 3
将上式带入阻力系数定义公式得颗粒的自由沉降速度t ：
t
4(P f )gd 3 f Cd,s
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粉体颗粒物性
1
颗粒的尺寸与尺寸分布
2
颗粒的形状
3 颗粒的阻力系数与自由沉降速度
由于颗粒的团聚性主要取决于颗粒间的作用力和颗粒的重力之 比，定义颗粒的团聚数 Co为：
Co Fint er mg
其中 m——颗粒的质量； Finter ——颗粒间的作用力，主要有颗粒间的范德华力、毛细力、
静电力和烧结作用等。
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参考文献
• 谢洪勇等.粉体力学与工程（第二版）[M]. 北京：化学工业出版社，2007:1-28.
①筛分尺寸dr 由筛分所测的颗粒尺寸；(筛分是将粒子群按粒子的大 小、比重、带电性以及磁性等粉体学性质进行分离的方法；用带孔的 筛面把粒度大小不同的混合物料分成各种粒度级别的作业叫筛分。)。
②体积尺寸dv 定义为非球形颗粒折成等体积球的直径。
dv
(
6V
)
1 3
式中V——颗粒体积。
颗粒的尺寸分布
通常，粉体由不同尺寸的颗粒组成，故有尺寸分布。颗粒尺 寸分布有表格表达法和作图表达法两种表达方法。
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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。当相 互接触的颗粒为导体时，由于他们电子电动势的不同，电荷将从电 势低的颗粒转移到电势高的颗粒。由于电荷的转移，颗粒将带电， 颗粒间会有静电力的存在。
图为一些操作单元颗粒带电强度的参考值
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粉体颗粒物性
1
颗粒的尺寸与尺寸分布
2
颗粒的形状
3 颗粒的阻力系数与自由沉降速度
4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
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颗粒间团聚
团聚机理
当颗粒间的作用力远大于颗粒间的重力时，颗粒的行为在很大 程度上已不再受颗粒重力的约束，颗粒有团聚的倾向。
颗粒的团聚能改善细颗粒的流动性、避免粉尘和易于包装，但 也有不利的方面，如使用前需要混合操作等。
因 素
③表面粗糙度（范德华力随颗粒表面粗糙度 半径的增加而迅速衰减）。
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颗粒间毛细力
当粉体暴露在湿空气中时，颗粒会进行对水分的吸收，吸收饱 和状态，颗粒之间的空隙会出现水分凝结，形成液桥。
当颗粒间形成液桥时，由于表面张力的毛细夜差的作用，颗粒 间将有作用力存在，该力称为毛细力。
颗粒间的液桥一旦形成，毛细力大于范德华力，将决定颗粒 的行为。此时粉体将具有液浆的特性。
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粉体颗粒物性
1
颗粒的尺寸与尺寸分布
2
颗粒的形状
3 颗粒的阻力系数与自由沉降速度
4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
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颗粒的阻力系数
球形颗粒的阻力系数Cd ,s 定义为：
Cd ,s
4
Fd
d
2
1 2
f
2
其中 Fd ——流体对颗粒的曳力；
——流体的速度。
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4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
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颗粒间的范德华力
通常，颗粒是没有极性的，但由于构成颗粒的分子或原子，特别 是表面原子或分子的电子运动，颗粒会发生瞬时偶极，使得相互靠近 的两颗粒发生相互吸引，产生范德华力。
①表面吸附气体会增加范德华力；
影
②颗粒变形使得接触面积增加，加大
响
范德华力；
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如图为粉体颗粒百分数积累尺寸分布图
平均颗粒尺寸
常用的颗粒平均尺寸有三种：
①中间尺寸：颗粒百分数达到50%所对应的 颗粒尺寸； ②最大频率尺寸：频率尺寸分布图中颗粒频率峰值 所对应的颗粒尺寸；
③动量矩平均尺寸x：在频率尺寸分布图中平均尺寸
对纵坐标的动力距等于所有颗粒尺寸区间对纵坐标动 量矩之和
尺寸分布宽度
e V VP V
M
V
粉体颗粒物性
1
颗粒的尺寸与尺寸分布
2
颗粒的形状
3 颗粒的阻力系数与自由沉降速度
4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
颗粒的形状
颗粒的球形度
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颗粒的球形度
Wadell定义的球形度 为：
等体积球的表面积 颗粒的表面积
d d
2v 2s
由于同体积的形状中球的表面积最小， 所以，颗粒的球形度小于等于1，且颗粒 的形状与球偏离越大，球形度越小。
平均尺寸用以表征颗粒尺寸的大小，尺寸分布宽度 用以表征颗粒尺寸的分布特征。
颗粒尺寸分布宽度 s 2d50% 定义为：
s d84% d16%
2d50%
2d50%
颗粒密度和多孔率
如图为一多孔颗粒，V为 颗粒表观体积，Vp为真体 积，则：
颗粒动力密度（颗粒密度）：
颗粒的真密度： 颗粒的多孔率：
真
M VP
气固两相流
——粉体物理化学性能
主讲人：XX
粉体颗粒物性
1
颗粒的尺寸与尺寸分布
2
颗粒的形状
3 颗粒的阻力系数与自由沉降速度
4
颗粒间的作用力
5
颗粒的团聚性
颗粒的尺寸与尺寸分布
①颗粒尺寸 ②颗粒的尺寸分布 ③平均颗粒尺寸 ④尺寸分布宽度 ⑤颗粒密度和多孔率
颗粒尺寸
对于球形颗粒，其尺寸为直径； 对于非球形颗粒，其尺寸取决于尺寸的定义，如下所述，介绍了两种 常用的尺寸定义：