第1章 粉体性质-2

振动，大幅度降低颗粒之间的作用力。
§1.5 粉体的堆积性质
1.5.1 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（堆积密度）
1.真密度（true density) ρt
得的密度，亦称堆积密度。
ρb= w/Vt= ρp（1- ）
• 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 ≥ ρp ＞ ρbt ≥ ρb
1.5.2 粉体的空隙率和填充率
• 空隙率（porosity）是粉体层中空隙所占
是指粉体质量（W）除以不包括颗粒内外空隙的 体积（真体积Vt）求得的密度。
ρt = w/ Vt
2.颗粒密度（granule density) ρp
是指粉体质量除以包括开口气孔与封闭气孔在 内的颗粒体积Vp所求得密度。
ρp = w/ Vg
3.松密度（bulk density) ρb
• 是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积V求
1.6.3 内摩擦角
• 反映粉体内部颗粒相互之间的啮合力大小
的性质，即内摩擦力大小的系数，其反正 切角称为内摩擦角。
• tagФ i =μ
i
；
Ф i =arctg μ
i
• Ф i越小流动性越好。
• 常用的测定方法为Jenike直剪实验
直接剪切试验
1. 仪器设备——应变控制式直剪仪
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1—轮轴； 2—底座；
H，小心地将微粉倒入漏
斗，至锥体尖端接触到漏
斗下口，读锥体半径R，
得：
tgα=H/R
(2) 固定圆锥槽法：
圆锥槽的底部直
径固定．由漏斗不
断注入微粉，等到
形成最高的锥体为
止，同上法算出休
止角。
(3)倾斜箱法：
在矩形盒内装满 微粉，松紧程度 适宜．将盒逐步 倾斜至微粉开始 流出为止。盒子 倾斜角度即为休
连续粒度体系（讲解例题2.1）
1.5.4 影响颗粒堆积的因素

壁效应：（解释图2.11， 立窑煅烧水泥的应用 中风不足，边风过剩
1.5.4 影响颗粒堆积的因素

颗粒形状：球形度；粗糙度；棱角状 粒度大小：大于某一临界值时，无关；但对于 细粉，粒度越小，颗粒团聚越严重，空隙率越 高

粉体含水率： 含水量增加，粉体团聚，空隙率增加；但当含 水量增加至一定值时，颗粒在水中沉降，容积 密度增加（图2.16）
3—透水石；
6—上盒； 7—土样； 9—钢环； 10—下盒； 5—传压活塞； 4、8—百分表
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2. 原理
剪切破坏面上：
σ=F/A
Vmax Vmax
F A
Vmax f A
τf
c
0
φ
σ
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库仑粉体
• 凡是符合库仑定律的粉体称为库仑粉体。
τ=μσ+ C
• μ为内摩擦系数，内摩擦角Ф=arctgμ
止角。
(4)转动圆柱体法：
在圆柱筒内装入 半满量的微粉，使 其在水平面上按一 定速度转动，微粉 表面与水平面所成 的角度为休止角。
影响休止角大小的因素:
细粉含量: 细粉多，休止角大 粒径大小：粒径小，休止角大 粒子表面性状:
表面愈粗糙，愈不规则．休止角愈大。
含水量：
一定范围时含水量增加休止角增大，但当超过某一 限度(12％)时．则又逐渐变小。
• 把少量粉体堆积在某一平板上，然后缓慢
将平板一端抬起，当粉体由静止状态转变
为滑动状态的瞬间，此时平板和水平面所
对应的夹角为滑动摩擦角。
• 例如皮带输送机的安装角必须小于输送物
料的滑动摩擦角。
• 皮带输送机
的夹角为休止角， 越小流动性越好。
• 常用的测定方法有注入法、排出法、倾斜角法
等，测定方法不同所得数据有所不同，重现性 差。
• 粘性粉体或粒径小于100~200μm的粉体粒子间
相互作用力较大而流动性差，相应地所测休止ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
角较大。
休止角的测定方法 ：
（1）固定漏斗法
将漏斗固定于坐标纸之
上．漏斗下口距纸高度为
粉体的分散性好是制备复合材料的基本要求；
对于分级和分离作业，充分分散是前提；
§1.4 颗粒的团聚与分散
1.4.3 颗粒在介质中团聚的原因 颗粒团聚的主要原因是颗粒之间的相互吸引力，在 空气或液体中颗粒之间的作用力主要有： 粉碎过程使颗粒带电，产生静电引力； 颗粒表面断键，存在范德华力，相互吸引； 超细颗粒具有极大的表面能，团聚可以降低表面能； 颗粒在液相中存在双电层动电位，存在静电作用力； 颗粒在液相中形成溶剂化膜，与极性相反的颗粒产生 斥力； 颗粒吸附水后会形成毛细管力（液桥力）； 颗粒与液相的润湿性不同，不润湿时团聚
§1.4 颗粒的团聚与分散
1.4.4 颗粒在空气中分散的主要方法
机械分散
打散机、笼型碾
压缩空气分散——气力均化库
§1.4 颗粒的团聚与分散
1.4.4 颗粒在空气中分散的主要方法

干燥分散
表面改性：靠表面物理化学活性剂处理，改
变颗粒的表面性质
静电分散
§1.4 颗粒的团聚与分散
Ch1 粉体的基本性质
内容提要
§1.1 颗粒粒径和粒度分布 §1.2 颗粒形状 §1.3 颗粒粒度和形状测量方法 §1.4 颗粒的团聚和分散 §1.5 粉体的堆积性质 §1.6 粉体的摩擦性质
§1.4 颗粒的团聚与分散
1.4.1 团聚与分散的概念
粉体在分散介质中（气体或液体）由于相互作用力
而形成粘附或团聚的现象称为团聚。 团聚的粒子称为团粒或二次粒子，把原始颗粒称为 一次粒子。例如受潮的粘土或沙子会团聚，溶液中沉淀 出的絮凝物是大量颗粒的团聚体。 团聚的相反状态即单个颗粒自由存在的状态称为分 散。例如经过超声波分散的低浓度悬浊液；经过压缩空 气充分搅拌的气力均化库中的粉体。 团聚 分散
§1.6 粉体的摩擦性质
1.6.1 粉体摩擦性质的概念
• 指粉体中由于颗粒之间或颗粒与固体壁面因摩擦而产生
的一些物理现象。摩擦性质是粉体力学的基础。
• 摩擦性也可以反映粉体的流动性。 • 摩擦性对于粉体的储存、运输、压缩等都有重要影响。 • 一般用摩擦角或摩擦系数来表示。
1.6.2
休止角
• 静止状态的粉体堆积体自由表面与水平面之间
1.4.5 颗粒在液相中分散的主要方法


机械搅拌分散
压缩空气搅拌 介质调控：选择分散介质，调节介质温度及pH值
极性相似原则：例如 石英-水；石墨-煤油
参见教材23页表1.14 分散剂调控 无机电解质：聚磷酸盐，硅酸钠，氢氧化钠 表面活性剂： 高分子分散剂： 超声波分散：频率大于20千赫的声波，波长短，能量集中，产生剧烈
有的比率。 = V -Vp/V • 填充率(packing fraction) ：是粉体层中颗 粒所占有的比率。 = Vp/V =1- 二者的关系： + = 100%
1.5.3 粉体不同堆积状态的空隙率
等径球体紧密堆积空隙率： = 25.95% 等径球体实际堆积空隙率： = 35%~40% 非等径球体紧密（Horsfield）堆积空隙率：
参见教材30页表2.2，最小空隙率3.9%
非等径球紧密堆积模型
1.5.3 粉体不同堆积状态的空隙率
实际颗粒的堆积：
不连续粒度体系（解释曲线2.7）
公式（2.7）：
W1= 1.(1-ε1)ρp1
W2= 1. ε1.(1-ε2)ρp2
小颗粒填充在大颗粒的空隙中，当大颗粒所占比例为 67％时，空隙率最小。
• C为初抗剪强度,当C=0时，该粉体为无粘性粉体。
1.6.4 壁面摩擦角
• 把直剪实验中的下盒换为某一壁面即可测
得壁面摩擦角。其可以作为粉体和壁面摩
擦力的大小的判定依据。
• 例如储存物料的料仓锥口，就要考虑粉体
的壁面摩擦角，使物料顺利卸出。
（参见图2.22）
水泥料仓
1.6.5 滑动摩擦角
§1.4 颗粒的团聚与分散
1.4.2 团聚和分散的研究意义 粉体的团聚现象是制备细粉过程的必然现象，因此
应尽可能采取措施避免团聚。
粉体分散的意义： 油墨、涂料、陶瓷色釉料中颜料的分散好坏影响其遮
盖力和着色力；
陶瓷泥浆的稳定性直接影响注浆坯体的显微结构； 造纸填料、橡塑填料的分散性直接影响材料的性能；