2粉体的描述-2.

第二讲粉体的描述粉体的粒子学特性包括粉体粒径、粒径分布、粒子形状、密度、流动性、堆积密度、比表面积等。2第二讲粉体的描述☻粉体粒度分布的数学描述☻粒度测量方法及其选择☻粉体填充与堆积特性☻粉体中颗粒间的附着力☻颗粒的团聚和分散☻粉体的湿润特性3粉体填充与堆积特性☻粉体填充结构——颗粒在空间中的排列状态☻——力学、电学、传热学、流体透过……☻——粒度、形状、颗粒间相互作用力……☻——两个极端填充状态：☻最疏——避免料仓结拱☻最密——造粒4粉体填充与堆积特性☻堆积/容积密度☻填充率☻孔隙率☻配位数☻可压缩性BPk5粉体填充与堆积特性☻粉体的堆积/容积密度☻单位堆积体积的粉体的质量，也叫做视密度，粉体的质量M除以粉体的堆积体积VBBBMV2-1B形状、尺寸、尺寸分布、堆积方式6粉体填充与堆积特性☻松动堆积密度在重力作用下慢慢沉积后的堆积（自然堆积）；☻紧密堆积密度通过机械振动所达到的最紧密堆积（强制堆积）。,BA,BT7粉体填充与堆积特性100mL防止颗粒团聚松动堆积测量紧密堆积测量8粉体填充与堆积特性堆积方式对小颗粒影响大9粉体填充与堆积特性PVC比较特殊10粉体填充与堆积特性☻填充率☻颗粒体积占粉体堆积体积的比率=PBBPVV堆积的颗粒体积粉体填充体积11粉体填充与堆积特性☻粉体堆积的空隙率☻空隙体积占粉体堆积体积的比率，亦即颗粒间的空隙体积Vv除以粉体的堆积体积VB11vBBPVV2-2=PBBPVV堆积的颗粒体积粉体填充体积12堆积空隙率取决于颗粒的形状、颗粒的尺寸与尺寸分布及粉体的堆积方式。,,1BABAP,,1BTBTP2-32-4松动堆积空隙率紧密堆积空隙率粉体填充与堆积特性13粉体填充与堆积特性14粉体填充与堆积特性15分布宽度对空隙率具有较为明显的影响粉体填充与堆积特性16粉体填充与堆积特性☻颗粒的配位数☻粉体堆积中，与某一考察颗粒相互接触的颗粒数。☻研究粉体堆积特性的一个重要指标。☻均一球形颗粒在平面上的排列作为基本层☆正方形排列层☆单斜方形/六方系排列层17粉体填充与堆积特性正方形排列层均一球形颗粒的基本排列层等边三角形/菱形/六边形排列层18粉体填充与堆积特性19粉体填充与堆积特性2021空间特征的计算结果粉体填充与堆积特性22粉体填充与堆积特性☻实际填充结构☻填充时，受颗粒碰撞、回弹、颗粒间相互作用力及容器壁的影响不能规则填充。☻Smith等人将3.78mm的铅弹自然填入直径80～130mm的烧杯中，注入20%醋酸水溶液后，十分小心地倒掉溶液。若保持原先填充状态，接触点上残留碱性醋酸铅的白色斑点。从与容器不接触的铅弹中计数900～1600个球，得到平均空隙率～平均配位数的关系：23粉体填充与堆积特性☻实际填充结构24dP=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！25粉体填充与堆积特性☻Bernal&Mason测定与所观察颗粒完全接触的颗粒，及比较近接触的颗粒，方法同Smith，钢球直径6.35mm，1000～5000个填入容器，浸满墨汁后取出，干燥后如图示两类斑点。26粉体填充与堆积特性27随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。28☻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：,,,,,1001001BABTBABABTVVCV2-8VB,AVB,T粉体填充与堆积特性292-9常用于表征粉体的可压缩性和流动性,,BTBAHR粉体填充与堆积特性☻粉体的可压缩性☻粉体紧密堆积密度和松动堆积密度之比，称为粉体Hausner比值30☻粉体的可压缩性☻实验结果表明:☆较粗颗粒的HR值较小（1.2）☆细颗粒的HR值较大（1.4）☆极细颗粒具有较高的HR值（2）根据图2-2可以发现,颗粒尺寸增加,堆积密度相差变小。粉体填充与堆积特性31粉体填充与堆积特性2-10,,,,,,,1001001BABTBABABTBTBAVVCVHR11001CHR粉体的可压缩性和Hausner比值的关系为2-82-932粉体的可压缩性、团聚性和流动性与HR值的关系特征指标较粗颗粒较细颗粒细颗粒极细颗粒Hausner比值1.21.2~1.41.4~2.02.0可压缩性（％）1515~3030~5050流动性良好流动性流动性好流动性差不流动团聚性不团聚轻微团聚性强团聚性极强的团聚性例如：花椒粉，当C30%时倒不出来。粉体填充与堆积特性33颗粒间的附着力☻固体颗粒容易聚集在一起，尤其是细颗粒——颗粒之间存在附着力☻粉体的摩擦特性、流动性、分散性、压制性等☻分子间的范德华力☻颗粒间的范德华力☻附着水分的毛细管力☻颗粒间的静电力☻磁性力☻颗粒表面不平引起的机械咬合力34颗粒间的附着力☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)来源：取向力、诱导力和色散力☻取向力二个极性分子的固有偶极将同极相斥而异极相吸，定向排列，产生分子间的作用力☻诱导力非极性分子在极性分子的固有偶极的作用下，发生极化，产生诱导偶极，然后诱导偶极与固有偶极相互吸引而产生分子间的作用力☻色散力非极性分子之间，由于组成分子的正、负微粒不断运动，产生瞬间正、负电荷重心不重合，出现瞬时偶极，瞬时偶极间的作用力☻分子间的斥力35颗粒间的附着力☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)来源：色散力、诱导力和取向力☻极性分子间有色散力，诱导力和取向力；☻极性分子与非极性分子间有色散力和诱导力；☻非极性分子间只有色散力。☻实验证明，对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子(如水)，取向力才是主要的；而诱导力通常是很小的。☻P19表1-11一些分子间相互作用常数36颗粒间的附着力☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)☻取向引力势能（两极性分子）2212623ddppUkTr1-90分子物理理论6ddUrBoltzmannconstantk=R/NA=8.314/6.023×1023=1.381×10-23J/K37☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)☻诱导引力势能（一极性分子与一非极性分子）2212216didpapaUr1-91α1,α2－两分子的极化强度颗粒间的附着力6didUr38☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)☻色散引力势能（两非极性分子）6212121)(23rIIIIUdisp电离能颗粒间的附着力1-926dispUr39☻分子间的范德华力(vanderWaalsinteractionforce)☻取向力、诱导力和色散力6rCUmmmm颗粒间的附着力666dddiddispUrUrUr1-93Cmm：London-vanderWaals常数40☻两分子间斥力表达式(Lennard-Jones6-12势能函数)1264mmUrrε—势井深度，势能曲线的最小值σ—势能为零时分子间的距离颗粒间的附着力1-9441ArgonmolecularHardspheremodelMoleculardiameter颗粒间的附着力ε—势能曲线的最小值；σ—势能为零时分子间的距离。0rdUrd1-954264mmC6rCUmmmm6124rrUmm查表计算获得颗粒间的附着力1-961-931-9443颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力颗粒无极性，构成颗粒（颗粒表面）的分子或原子的电子运动，颗粒将有瞬时偶极——颗粒间的范德华力☻Hamaker理论☻吸附气体的影响☻颗粒变形的影响☻表面粗糙度的影响44颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论引力势能理论+能量叠加原理45122121ddVVmm0ppVVUnnUparticlesMoleculardensity颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻势能叠加原理(Hamaker将构成两颗粒的所有分子或者原子间的引力势能积分来计算两颗粒间的引力势能)1-9746☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻将1-97式进行积分运算后得颗粒间的引力势能计算式：01201212ppddAUZdd颗粒间的附着力1-98颗粒间距，通常取为40AA为Hamaker常数212mmAnnC47221112AAA颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻A的值与颗粒材料、所处环境（如真空、水、空气等）有关。可以查表获得。☻对于不同材料的颗粒，其Hamaker常数取各自常数的几何平均1-10048颗粒间的附着力颗粒－颗粒Hamaker常数A/eV颗粒－颗粒Hamaker常数A/eV真空水真空水Au-Au3.4142.352MgO-MgO0.7230.112Ag-Ag2.7931.853KCl-KCl1.1170.277Cu-Cu1.9171.117Cds-Cds1.0460.327金属－金属1.872—Al2O3-Al2O30.936—C-C2.0530.943H2O-H2O0.341—Si-Si1.6140.833Polystyrene-Polystyrene0.4560.0263Ge-Ge1.9961.112表1-13一些颗粒系数在真空和水中的Hamaker常数值P1949颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻颗粒间的引力，即颗粒间的范德华力为00122001212ppvdwUddAFZZdd1-101约定负号表示引力。50颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻颗粒间的引力，即颗粒间的范德华力为00122001212ppvdwUddAFZZdd1-10102012vdwAFZ1-102☻颗粒与平面，d2→∞，范德华力51颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/Hamaker理论☻颗粒间的引力，即颗粒间的范德华力为00122001212ppvdwUddAFZZdd1-101☻等直径两颗粒，d1=d2，范德华力02024vdwAdFZ1-103范德华力522121202121001212ddddZBddddZAUgppp1-105gpmmCqnqnB,12212)(1-106积分得：B气体吸附常数mmCnnA212A为Hamaker常数颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/吸附气体的影响1-9953PPMNn01-107AmedeoAvogadro（1776~1856）constant,6.023×1026kmol-1颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/吸附气体的影响☻分子密度：颗粒材料的摩尔质量54ggMNdmq021-1086PgMdnM1-109单位颗粒表面积吸附气体分子的个数q为：δ—颗粒单位质量所吸附的气体量。颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/吸附气体的影响55gpmmgPCMMddAB,2161-110ppmmggmmgpmmCCC,,,1-111进一步可以获得气体吸附常数B的计算式为：颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/吸附气体的影响5621213021212000612ddddZBddddZAZUFgpppa1-112)21(000AZBFFvdwa1-113颗粒间的附着力☻颗粒间的范德华力/吸附气体的影响☻吸附环境气体后的范德华力表达式：1-101式57计算由于吸附气体后对于范德华力的增强作用。以FCC-FCC颗粒为例进行讨论。结果见图1-16。