1、2 粉體的堆積性質粉體的堆積性質 2.1 粉體顆粒的填充結構粉體顆粒的填充結構2.1.1 粉體的填充指標粉體的填充指標(1) 容積密度B：單位填充體積的粉體質量，又稱表觀密度。式中 VB粉體填充體積 P顆粒密度 空隙率BPBV 1VB（ ）填充粉體的質量粉體填充體積常用的容積密度:松動容積密度（B,A）:在重力作用下慢慢沉積后的堆積.緊密堆積密度（B,T）:緊密堆積是通過機械振動所達到的最緊密堆積。v一般而言，隨顆粒尺寸的減小，緊密容積密度和松動容積密度的偏差較大，即堆積方式對小顆粒堆積密度的影響較大。當尺寸較大時，緊密容積密度和松動容積密度趨于相等，即容積密度不受堆積方式的影響（FCC顆粒、

2、乳糖、蘇打粉）。但PVC粉的松動容積密與緊密容積密度在測試的測試的尺寸范圍內隨尺寸的增加而線性地增加。（2）填充率：顆粒體積占粉體填充體積的比率（3）空隙率：空隙體積占粉體填充體積的比率 常用的空隙率有松動堆積空隙率B,A和緊密堆積空隙率B,T。一般而言，松動堆積空隙率隨顆粒尺寸的減小而增加，粒度分布較寬的松動堆積空隙率小于粒度分布較窄顆粒的松動堆積空隙率。顆粒的形狀對空隙率也有較大影響，隨著顆粒球形度的減小，顆粒的空隙率明顯增加。 BP填充的顆粒體積粉體填充體積BP1 1v空隙率不同于通常所說的孔隙率。顆粒在形成過程中，有可能產生內部封閉孔和與顆粒相通的外孔。一般空隙率中的顆粒體積是指不包括

3、顆粒的外孔在內的，而孔隙率中的顆粒體積則是內外孔均不包括。 2.1.2 均一球形顆粒群的規則填充均一球形顆粒群的規則填充若以均一球粒在平面的排列作為基本層，則有正方形排列層（90度角是其特征）和單斜方形排列層或六方系排列層（60度角是其特征）。4個球為基本層的最小單位，將各個基本排列層匯總起來可得到六種排列形式。排列1、排列2、排列3為正方形排列，排列4、排列5、排列6為三角形排列。（P24）2.1.3 均一球形顆粒的不規則填充均一球形顆粒的不規則填充（1）隨機密填充（2）隨機傾倒填充（3）隨機疏填充（4）隨機極疏填充2.1.4 非均一球形顆粒的填充結構非均一球形顆粒的填充結構粒度不同的兩種球

4、形顆粒，小顆粒的粒度越小，填充率越高，填充率隨大小顆粒混合比而變化，大顆粒質量比率為70時，填充率最大。 設密度1的大顆粒單獨填充時空隙率為1，將2、2的小顆粒填充到大顆粒的空隙中，則填充體單位體積大顆粒的質量W1為：W1（11）1小顆粒質量W22（11）2混合物中大顆粒的質量比率為對于同材質的球形顆粒，12，12，則0.4時，得到最大填充率的大顆粒質量比率為0.71 1111212212(1)(1)(1)WZWW f2.1.5 不同粒徑球形顆粒的規則填充不同粒徑球形顆粒的規則填充最密填充理論最密填充理論（1）Horsfield填充均一球按六方最密填充狀態進行填充時，球與球間形成的空隙大小和形

5、狀有兩種孔型：6個球圍成的四角孔和4個球圍成的三角孔。設基本均一球成為1次球（半徑r1），填入四角孔中的最大球稱為2次球（半徑r2），填入三角孔中的最大球稱為3次球（半徑r3），隨后再填入4次球（半徑r4），5次球（半徑r5），最后以微小的均一球填入殘留的空隙中，這樣就構成了六方最密填充，稱為Horsfield填充。r20.414r1r3=0.225r1r4=0.177r1r5=0.116r1最終填充結果：最終空隙率0.1490.2594=0.039C和E相切的二次球A和E相切的三次球（2）Hudson填充當一種以上的等尺寸球被填充到最緊密的六方排列的空隙中時，空隙率是隨著較小球與最初大球的尺

6、寸比值而變化的，空隙率隨著四方孔隙中較小球的數目的增加而減小。實際上不不是這樣，因為在三角形孔隙中，球的數目是不連續的。Hudson在金屬固溶體的研究中，對半徑為r2的等徑球填充到半徑為r1的均一球六方最密填充體的空隙，當r2/r10.4142時，可填充為四角孔；r2/r10.2248時，可填充為三角孔，r2/r10.1716時的三角孔基準填充最為緊密，空隙率為0.113。這樣的填充稱為Hudson填充。2.1.6 影響顆粒填充的因素影響顆粒填充的因素（1）壁效應當顆粒填充容器時，在容器壁附近形成特殊的排列結構，稱為壁效應。 （2）局部填充結構排列結構的局部變化（如空隙率分布、填充數密度分布和

7、接觸點角度分布等）對粉體現象有很大影響。（3）物料的含水量潮濕物料顆粒表面吸水，顆粒間形成液橋力，導致粒間附著力增大，形成二次、三次粒子，即團粒。由于團粒尺寸較一次粒子大，并且團粒內部保持松散的結構，使整個物料堆積率下降。（4）顆粒形狀空隙率隨顆粒圓形度的降低而增高。（5）粒度大小對顆粒群而言，粒度越小，由于粒間團聚作用，空隙率越大。當粒度某一定值時，粒度大小對顆粒堆積率的影響已不復存在，比值為臨界值。隨粒徑增大，與粒子自重力相比，凝聚力的作用可以忽略不計。粒徑變化對堆積率的影響大大減小。因此，通常在細粒體系中，粒徑大于或小于臨界粒徑的物料對顆粒體行為有舉足輕重的作用。 （6）物料堆積的填充速

8、度也很重要。對粗顆粒，較高的填充速度會導致物料比較松散，但對于像面粉那樣具有粘聚力的細粉，較高的供料速度可得到較致密的堆積。2.2 粉體中顆粒間的附著力粉體中顆粒間的附著力 （1）范德華力當顆粒與顆粒相互靠近接觸時，顆粒分子間存在彼此作用的吸引力。影響顆粒間范德華力的因素：吸附氣體的影響增加顆粒間的范德華力。顆粒變形的影響增加顆粒間的范德華力。表面粗糙度的影響當顆粒表面粗糙度的直徑小于10nm時，顆粒可以看作是光滑的；當顆粒表面粗糙度的直徑大于100nm時，顆粒可以看作是粗糙的，此時顆粒間的范德華力被表面粗糙度屏蔽。 （2）顆粒間的靜電力荷電的途徑：一、顆粒在其生產過程中顆粒靠表面摩擦而帶電；

9、二、與荷電表面接觸可使顆粒接觸荷電；三、氣態離子的擴散作用是顆粒帶電的主要途徑，氣態離子由電暈放電、放射線、宇宙線、光電離及火焰的電離作用產生。由于電荷的轉移，顆粒將帶電，顆粒間有作用力的存在，稱為靜電力。（3）毛細管力當粉體暴露在濕空氣的環境時，顆粒將吸收空氣中的水分。當空氣的濕度接近飽和狀態時，不僅顆粒本身吸水，而且顆粒間的空隙將有水分的凝結，在顆粒接觸點形成液橋。當顆粒間形成液橋時，由于表面張力荷毛細壓差的作用，顆粒間將有作用力存在，稱為毛細管力。 （4）磁性力鐵磁性物質，例如鐵以及亞鐵磁性物質（氧化鐵），當其顆粒小到單疇臨界尺寸以下時，顆粒只含有一個磁疇，稱為單疇顆粒。理論上，鐵的單疇

10、臨界尺寸約為6.4nm，氧化鐵約為40nm。單疇顆粒粉末主要用于磁記錄材料和塑料永磁。鐵粉催化劑粉末往往也是單疇的。單疇顆粒是自發磁化的粒子，其內部所有原子的自旋方向都已平行，勿需外加磁場來磁化就有磁性。粉末的單疇顆粒間存在著磁性吸引力。這種磁性吸引力很難分散，對其在液體介質中的分散常需結合使用高頻磁場。（5）機械咬合力顆粒表面不平滑引起的。2.3 濕顆粒群特性濕顆粒群特性 2.3.1 粉體層的液體粉體層的液體 （1）擺動狀態：顆粒接觸點上存在透鏡狀或環狀液相，液相互不連接。（2）鏈索狀態：隨著液體量增多，上述環長大，顆粒空隙中的液相相互連結而成網絡組織，空氣則分布其間。（3）毛細管狀態：顆粒間左右空隙全被液體充滿，僅在粉體層的表面存在氣液界面。（4）浸漬狀態：顆