第5章 粉体的流变学
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粉体工程与设备思考题第一章概述1、什么是粉体粉体是由无数相对较小的颗粒状物质构成的一个集合体。
2、粉体颗粒的种类有哪些它们有哪些不同点分为原级颗粒、聚集体颗粒、凝聚体颗粒、絮凝体颗粒原级颗粒:第一次以固体存在的颗粒,又称一次颗粒或基本颗粒。
从宏观角度看,它是构成粉体的最小单元。
粉体物料的许多性能与原级颗粒的分散状态有关,它的单独存在的颗粒大小和形状有关。
能够真正的反应出粉体物料的固有特性。
聚集体颗粒:由许多原级颗粒靠着某种化学力以及其表面相连而堆积起来的。
又称为二级颗粒。
聚集体颗粒的表面积小于构成它的原级颗粒的表面积的总和。
主要再粉体物料的加工和制造中形成。
凝聚体颗粒:在聚集体颗粒之后形成,又称为三次颗粒。
它是原级颗粒或聚集体颗粒或者两者的混合物。
各颗粒之间以棱和角结合,所以其表面与各个组成颗粒的表面大体相等。
比聚集体颗粒大得多。
也是在物料的加工和制造处理过程中产生的。
原级颗粒或聚集体的粒径越小,单位表面的表面力越大,越易于凝聚。
絮凝体颗粒:在固液分散体系中,由于颗粒间的各种物理力,迫使颗粒松散地结合在一起,所形成的的粒子群。
很容易被微弱的剪切力所解絮。
在表面活性剂作用下自行分解。
颗粒结合的比较:絮凝体<凝聚体<聚集体<原级颗粒3、颗粒的团聚根据其作用机理可分为几种状态分为三种状态:凝聚体(以面相接的原级粒子)、聚集体(以点、角相接的原级粒子团或小颗粒在大颗粒上的附着)、絮凝体4、在空气中颗粒团聚的主要原因是什么什么作用力起主要作用主要原因为颗粒间作用力和空气的湿度。
范德华力、静电力、液桥力。
在空气中颗粒团聚主要是液桥力造成的。
而在非常干燥的条件下则是由范德华力引起的。
空气相对湿度超过65%,主要以液桥力为主。
第二章粉体粒度分析及测量1、单颗粒的粒径度量主要有哪几种各自的物理意义什么三轴径:颗粒的外接长方体的长l、宽b、高h的某种意义的平均值当量径:颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径定向径:在显微镜下按一定方向测得的颗粒投影轮廓的长度称为定向径。
粉体流变学-分析粉体流与不流行为1).内摩擦角-横坐标和屈服轨迹的切线之间的角。
2).有效内摩擦角--由Jenike 定义的有效屈服轨迹的倾斜角(EYL )。
有效屈服轨迹与横坐标之间的夹角称为有效内摩擦角δ。
它与粉体物料的内摩擦角有关,是衡量处于流动状态粉体流动阻力的一个参数。
当δ增加时,颗粒的流动性就降低。
对于给定的物体粉料,这个值常常随密实应力的降低而增大,但密实应力很低时,甚至可达900。
对于大多数物料, δ值在250到700之间。
流动时,最大主应力和最小主应力之比可以用有效屈服轨迹函数来表示:则 3).莫尔应力圆-图形表示正应力和剪切应力坐标系中的应力状态,即正应力,t-平面。
4).正应力-通常作用于要求平面的应力。
也叫固结应力或压实应力.5).剪切应力T-平行作用于平面表面的应力。
6).屈服轨迹-失效时剪切应力与正应力的关系曲线。
屈服轨迹(YL)有时被称为瞬时屈服轨迹来区分于时间屈服轨迹。
屈服轨迹由粉体的剪切试验确定:一组粉体样品在同样的垂直应力条件下密实,然后在不同的垂直压力下,对每一个粉体样品进行剪切破坏试验。
在这种特殊的密实状态中,得到的粉体破坏包络线称为该粉体的屈服轨迹。
7).有效屈服轨迹(EYL )-直线通过正应力的原点,t-平面,并与稳定状态的莫尔圆相切,符合给定堆积密度的散装固体的稳态流动条件.8).失败(散装固体的)-过度固结的散装固体塑性变形受到剪切,导致膨胀和强度降低。
131sin 1sin σδσδ+=-1313sin σσδσσ-=+9).流、稳态-临界状态时散装固体的连续塑性变形。
10).流动函数FF -特定散装固体的无侧限屈服强度和主要固结应力的关系曲线。
有时也称做开裂函数,是由Jenike 提出的,用来表示松散颗粒粉体的流动性能。
松散颗粒粉体的流动取决于由密实而形成的强度。
当f c =0时,FF=∞,即粉体完全自由流动流动性的标准分级如下:FF <1 不流动,凝结1< FF <2 很粘结,附着性强,流不动2< FF <4 粘结,有附着性4< FF <10 容易流动10< FF 自由流动影响粉体流动性的因素• 粉体加料时的冲击:冲击处的物料应力可以高于流动时产生的应力;• 温度和化学变化:高温时颗粒可能结块或软化,而冷却时可能产生相变,这些都可能影响粉体的流动性;• 湿度:湿料可以影响屈服轨迹和壁摩擦系数,而且还能引起料壁黏附;• 粒度:当颗粒变细时,流动性常常降低,而壁摩擦系数却趋于增加;• 振动:细颗粒的物料在振动时趋于密实,引起流动中断。
有些粉体性质松散,能⾃由流动;有些粉体则有较强的粘着性,粘结在⼀起不易流动。
粉体的流动性是粉体的重要性质之⼀,对于药剂⼯作意义重⼤。
例如散剂分包,胶囊剂充填、⽚剂压⽚分剂量等均受粉体流动性的影响。
(⼀)粉体的流动性及表⽰⽅法 粉体的流动性与粒⼦的形状、⼤⼩、表⾯状态、密度、孔隙率等有关,加上颗粒之间的内摩擦⼒和粘附⼒等的复杂关系,其流动性不能⽤单⼀的值来表达。
粉体的流动性,常⽤休⽌⾓和流速表⽰。
1、休⽌⾓系指在⽔平⾯堆积的⼀堆粉体的⾃由表⾯与⽔平⾯之间可能存在的⾓度,即将粉体堆积成尽可能陡的圆锥体形状的“堆”,堆的斜边与⽔平线的夹⾓即为休⽌⾓,常⽤α表⽰。
其可以由以下公式求得。
休⽌⾓是检验粉体流动性好坏的最简便⽅法。
粉体流动性越好,休⽌⾓越⼩;粉体粒⼦表⾯粗糙,粘着性越⼤,则休⽌⾓也越⼤。
⼀般认为,休⽌⾓≤30o,流动性好;休⽌⾓≤40o,可以满⾜⽣产过程中流动性的需要;休⽌⾓≥40o,则流动性差,需采取措施保证分剂量的准确。
休⽌⾓常⽤的测定⽅法有注⼊法、排出法、容器倾斜法等,如图5-3. 2、流速系指单位时间内粉体由⼀定孔径的孔或管中流出的速度。
其具体测定⽅法是在圆筒容器的底部中⼼开⼝,把粉体装⼊容器内,测定单位时间内流出的粉体量,即流速。
⼀般粉体的流速快,流动性好,其流动的均匀性也较好。
(⼆)影响流动性的因素 药物或辅料的流动性好坏,⾸先与其本⾝的特性有关,除此之外,粉体的其它特性如粒⼦的⼤⼩及其分布、粒⼦的形态、粒⼦表⾯粗糙程度等对流动性也有显著的影响。
1、粒⼦⼤⼩及其分布⼀般认为,当粒⼦的粒径⼤于200µm的时候,粉体的流动性良好,休⽌⾓较⼩;当粒径在200~100µm范围时,为过渡阶段,随着粒径的减⼩,粉体⽐表⾯积增⼤,粒⼦间的摩擦⼒所起的作⽤增⼤,休⽌⾓增⼤,流动性变差;当粒径⼩于100µm时,其粘着⼒⼤于重⼒,休⽌⾓⼤幅度增⼤,流动性差。
粉体的粒度分布对其流动性也有影响。