很多工業(yè)應(yīng)用都涉及到粉體的流動(dòng)。粗略地估計(jì)大約有60％的工業(yè)產(chǎn)品為顆粒，同時(shí)大約有20％的工業(yè)原料為粉體。更為重要的是，由于顆粒間相互作用力的滯后特性，粉體的堆積狀態(tài)多種多樣。粉體的流動(dòng)性及堆積行為的研究是粉體工程的基礎(chǔ)，是聯(lián)系粉體材料性質(zhì)與許多關(guān)于粉體技術(shù)的單元操作的紐帶，比如粉體儲(chǔ)存、給料、輸送、運(yùn)輸、混合等。
粉體定義及分類
粉體通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構(gòu)成的一種分散體系，顆粒粒度一般小于1000μm。工程上常把在常態(tài)下以較細(xì)的粉粒狀態(tài)存在的物料稱為粉體物料，簡(jiǎn)稱粉體。
粉體可按其成因、制備方法、顆粒分散狀態(tài)、顆粒大小、化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、用途等進(jìn)行分類。Geldart，Molerus等人按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)粉體顆粒進(jìn)行了分類。其中Geldart的分類標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用較為廣泛。
Geldart從流化特性出發(fā)，根據(jù)其與顆粒粒度和密度的關(guān)系提出將顆粒分為ABCD四類。
A組顆粒：尺寸較小，通常為幾十微米，具有很好的流態(tài)化特征，氣泡尺寸較小，氣-固接觸效率高；
B組顆粒：尺寸較大，通常為幾百微米，氣固尺寸接觸效率低，顆粒不易循環(huán)；
C組顆粒：尺寸小，通常<20um。由于顆粒間的作用力遠(yuǎn)大于顆粒的重力，顆粒表現(xiàn)為一定的團(tuán)聚性而不易流態(tài)化；
D組顆粒：尺寸大或密度高的顆粒，如谷物、鉛粒等。
影響粉體流動(dòng)性的因素
粉體之所以流動(dòng)，其本質(zhì)是粉體中粒子受力的不平衡，對(duì)粒子受力分析可知，粒子的作用力有重力、顆粒間的黏附力、摩擦力、靜電力等，對(duì)粉體流動(dòng)影響最大的是重力和顆粒間的黏附力。
具體到相關(guān)參數(shù)，則包括顆粒的種類、平均粒度、粒度分布、濕含量、顆粒形狀、比表面積、密度、存儲(chǔ)時(shí)間和顆粒間相互作用等。
1.粉體粒度與粒度分布
粉體粒度是指其顆粒大小在空間范圍所占據(jù)的線性尺寸，粒度分布是指若干個(gè)大小順序排列的一定范圍內(nèi)顆粒量占顆粒群總量的百分?jǐn)?shù)，主要通過簡(jiǎn)單的表格、圖形或函數(shù)的形式給出。
BT-9300S激光粒度儀
激光粒度儀是一種常用的粒度及粒度分布測(cè)試儀，粒度分析儀通常把D(3，2)，D(4，3)以及D(50)的數(shù)值一起參考，D(3，2)和D(4，3)的值越接近，說明樣品顆粒的形狀越規(guī)則，粒度分布越集中。
2.粉體濕含量
當(dāng)含有少量水分時(shí)，水分被吸附顆粒表面，以表面吸附水的形式存在，對(duì)粉體的流動(dòng)性影響不大。水分繼續(xù)增加，在顆粒吸附水的周圍形成水膜，顆粒間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)的阻力變大，導(dǎo)致粉體的流動(dòng)性下降。當(dāng)水分增加到超過最大分子結(jié)合水時(shí)，水分含量越多其流動(dòng)性指數(shù)越低，粉體流動(dòng)性越差。
3.顆粒形態(tài)
顆粒的形態(tài)包括顆粒三維形狀和顆粒表面形態(tài)，三維形狀主要通過諸如球形度等形狀因數(shù)來表示，顆粒表面形態(tài)主要采用進(jìn)行直觀觀察。粒徑大小相等，形狀不同的粉末其流動(dòng)性也不同。顯而易見，球形粒子相互間的接觸面積最小，其流動(dòng)性最好。針片狀的粒子表面有大量的平面接觸點(diǎn)，以及不規(guī)則粒子間的剪切力，故流動(dòng)性差。
4.粉體間相互作用
粉體間的摩擦性質(zhì)和內(nèi)聚性質(zhì)對(duì)粉體的流動(dòng)性同樣有著很大的影響。粒度和形態(tài)不同的粉體，其內(nèi)聚性和摩擦性對(duì)粉體流動(dòng)性的影響程度是不同的。
當(dāng)粉體粒度較大時(shí)，粉體流動(dòng)性主要取決于粉體的形貌，因體積力遠(yuǎn)大于粉粒間的內(nèi)聚力，表面粗糙的粉體顆粒或是形態(tài)不均勻的粉體顆粒的流動(dòng)性都較差。
當(dāng)粉體顆粒很小，粉體的流動(dòng)性主要取決于粉體顆粒間的內(nèi)聚力，此時(shí)的體積力遠(yuǎn)小于顆粒間的內(nèi)聚力。
粉體流動(dòng)表征方法
1.休止角法
與流體不同，當(dāng)粉體從容器流到平面時(shí)，流下的粉體堆積在平面上且堆積尺寸隨粉體的流下而增加，但堆積角保持不變，這個(gè)角即為粉體的休止角，又稱安息角，它是粉體在自身重力下運(yùn)動(dòng)所形成的角。
休止角的測(cè)量方法很多，有排出角法、注入角法、滑動(dòng)角法等。
休止角是檢驗(yàn)粉體流動(dòng)性的好壞的最簡(jiǎn)便的方法。休止角越小，摩擦力越小，流動(dòng)性越好，一般認(rèn)為θ≤40°時(shí)可以滿足生產(chǎn)流動(dòng)性的需要。但同時(shí)要注意，由于同一粉體可能會(huì)獲得不同的休止角，特別是細(xì)顆粒粉體具有較強(qiáng)的可壓縮性和團(tuán)聚性，休止角與過程有關(guān)，所以休止角不是粉體的基本物性。
2.Carr流動(dòng)性指數(shù)法
粉體流動(dòng)性的測(cè)量方法很多，很長(zhǎng)一段時(shí)期都是簡(jiǎn)單地根據(jù)粉體的休止角、可壓縮性來預(yù)測(cè)粉體的流動(dòng)性能，但是這些方法所考慮的因素都較為單一，帶有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性，往往實(shí)際操作中并不理想，難以很好地描述粉體流動(dòng)性。后來Carr通過對(duì)種粉體試樣的測(cè)定，提出了一套比較全面的表征粉體流動(dòng)情況的辦法，叫做流動(dòng)性指數(shù)法。
該方法通過對(duì)粉體的休止角、壓縮率、平板角、凝集度（或均齊度）等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，將流動(dòng)性定為100分，上述每項(xiàng),25分，將4項(xiàng)得分之和分為7檔。得分越高流動(dòng)性越好，總得分高于80分一般不會(huì)堵結(jié)，低于60分則一般會(huì)架橋。目前應(yīng)用范圍很廣，且已有定型儀器，如日本細(xì)川密克朗公司的粉體綜合特性測(cè)試儀。
細(xì)川密克朗粉體測(cè)試儀
3.Jenike法
Jenike法采用剪切儀來測(cè)定流動(dòng)性能。這種測(cè)試手段最早用于料倉設(shè)計(jì)中，但是現(xiàn)在它在測(cè)試粉體物質(zhì)的一般性能中發(fā)揮著越來越重要的作用。通過剪切實(shí)驗(yàn)測(cè)定粉體樣品的內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力、壁摩擦角等性能指標(biāo)，結(jié)合莫爾圓得到粉體的流動(dòng)函數(shù)FF，定量化地評(píng)價(jià)粉體流動(dòng)性能。
直剪儀剪切原理圖
4.其他流動(dòng)性評(píng)價(jià)方法
轉(zhuǎn)鼓法：歐洲藥典提出一種采用轉(zhuǎn)鼓測(cè)量藥物粉末流動(dòng)性的新方法，即將粉末顆粒裝入轉(zhuǎn)鼓中讓其緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)定固定轉(zhuǎn)速下每旋轉(zhuǎn)一圈顆粒發(fā)生坊塌的次數(shù)N。N越大，流動(dòng)性越好。
重力位移流變儀用來描述無約束條件下制劑組成和環(huán)境條件（濕度）對(duì)粘性粉體流動(dòng)性的影響。隨著滾筒旋轉(zhuǎn)，稱重傳感器單元測(cè)量粉體崩塌時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化。
多元分析法：多元分析方法是研究多個(gè)自變量與因變量相互關(guān)系的一組統(tǒng)計(jì)理論和方法，主成分分析是一種降維或者把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的分析方法，其核心是保證在原始數(shù)據(jù)信息丟失最小的情況下，對(duì)原始數(shù)據(jù)中有多個(gè)變量，即有多個(gè)主成分時(shí)，實(shí)際只考慮貢獻(xiàn)率最大方差最大的主成分。
參考來源
杜焰等.中藥粉體流動(dòng)性表征方法研究
劉一.粉體體系堆積、流動(dòng)特性及其與顆粒間作用力關(guān)系研究
吳福玉.粉體流動(dòng)特性及其表征方法研究
