粉体基础与流变学基础

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粉体力学与工程-05 粉体的流变学

粉体力学与工程-05 粉体的流变学

所以安息角不是细颗粒的基本物性。
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习题:
600g 面粉用堆积法测量安息角如下图所示,高
10cm,下表面直径20cm,求面粉的安息角。已知面粉
的颗粒密度是1100kg/m3, 求其堆积密度和孔隙率。
H=10cm D=10cm
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5.1.3 壁面摩擦角与滑动摩擦角
粉体与固体材料壁面接触存在摩擦行为,其中:
3. 动态时的压力是静态时的3~4倍,称动态超压 现象 4. 粉体上层有外载荷 p0 情况下,粉体的铅垂应 力为:
4 mwk p p ( p 0 p ) exp( h) D
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2 料斗(锥体)的应力分布
倒锥形料斗的粉体压力可参照Janssen法进 行推导。如图以圆锥顶点为起点,取单元体部分 粉体沿铅锤方向力平衡。
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(2)摩擦角 以三组不同的数据作出莫尔圆(这三个圆称为极 限破坏圆),这些圆的共切线称为该粉体的破坏包络 线。这条破坏包络线与轴的夹角φi即为该粉体的内
摩擦角。

i

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(3)破坏角 破坏面与铅垂方向的夹角,大小等于p到1 连线与轴的夹角,大小等于(π/4-φi/2) 1
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5.1 粉体的摩擦角
5.1.1 内摩擦角 粉体层中,压应力和剪应力之间有一个引起破坏的极限。即 在粉体层的任意面上加一定的垂直应力σ,若沿这一面的剪 应力τ逐渐增加,当剪应力达到某一值时,粉体沿此面产生
滑移,而小于这一值的剪应力却不产生这种现象。
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莫尔圆
用二元应力系分析粉体层中某一点的应力状态。根据
r 0.05(100 max 15)1.57

第十三章粉体学基础第十四章流变学基础

第十三章粉体学基础第十四章流变学基础




二、粉体的空隙率
空隙率(porosity)是粉体层中空隙所占
有的比率。 粒子内孔隙率 内=Vg-Vt/Vg =1-g/t 粒子间孔隙率 间=V-Vg/V = 1- b/g 总孔隙率 总= V -Vt/V =1- b/t
第四节 粉体的流动性与充填性
一、粉体的流动性
4.比表面积等价径(equivalent specific surface diameter)
与欲测粒子具有等比表面积的球的直径,
记作DSV。采用透过法、吸附法测得比表 面积后计算求得。 这种方法求得的粒径为平均径,不能求粒 度分布。 DSV =Ф/SW· ρ 式中,SW—比表面积,Ф—粒子的性状 系数,球体时Ф=6,其他形状时一般情况 下Ф=6.5~8。
2.筛分径(sieving diameter)
又称细孔通过相当径。当粒子通过粗筛网
且被截留在细筛网时,粗细筛孔直径的算 术或几何平均值称为筛分经,记作DA 。
算术平均径 几何平均径 DA=(a+b)/2 DA=(ab)1/2
式中,a—粒子通过的粗筛网直径; b—粒子被截留的细筛网直径。
粒径的表示方式是(-a+b),即粒径小于a,大于b。
2.颗粒密度(granule density) ρg
是指粉体质量除以包括开口细孔与封闭
细孔在内的颗粒体积Vg所求得密度。
ρg = 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 得的密度,亦称堆密度。
ρb= w/Vt

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。

第5章 粉体的流变学

第5章 粉体的流变学
FM 6h
2
5.1
附着力

AR • 球与平板的力为: FM 2 12 h
R1 R2
• (2) 颗粒间的静电作用力 • 荷电的起因:1.颗粒在其生产过程中颗 粒靠表面摩擦面带电。2.与荷电表面接 触可使颗粒接触荷电。3.气态离子的扩 散作用 • 颗粒间的静电力:
Q1Q2 F 2 Dp a 1 2 Dp
2 2
得出
dp B g dy
p y
B gy y 1 • 当y=H时,p=0,α≠1,解得 p 1 H H • 若α=1,则 p B g y ln y
• 当y=H时,p=p0 ,α≠1时,则

pp

oo
2 2



mm




• 图5-3
莫尔圆上倾角为最大的状态
2.内摩擦角的确定
• (1)三轴压缩试验 如图5-4所示将粉体 试料填充在圆筒状橡胶薄膜内,然后用 流体侧 向压制。用一个活塞单向压缩该 圆柱体直到破坏,在垂直方向获得最大 主应力,同时在水平方向获得最小主应 力,这些应力对组成了莫尔圆。以砂为 例的测定值见表5-1所示。
1—砝码 2—上盒 3中盒 4—下盒 图5-7 直剪试验
表5-2
垂直应力MPa
直剪试验的例子
0.253 0.505 0.755 1.01
剪切应力MPa
0.450 0.537
0.629
0.718
• (3) 破坏包络线方程式 用直线表示破坏包 络线时,可写成如下的形式 • τ=σtgφi+c=μσ+c (5-3) • 此式称为 Coulomb 公式,式中内摩擦系数为, 呈直线性的粉体称为库仑粉体。无附着性粉体, c=0;对于附着性粉体,由于内聚力的作用, 引入附着力c项。 •

第四章-粉体流变学

第四章-粉体流变学

第四章-粉体流变学
粉体流变学研究的是粉体在外加应力下的变形和流动行为。

粉体是指细小颗粒的固体物质,如粉末、颗粒、颗粒团等。

粉体流变学的研究对于很多工业过程和产品设计都非常重要,特别是涉及到粉末冶金、陶瓷制备、药物制剂、食品加工等领域。

粉体流变学主要研究粉体在外加应力作用下的变形和流动行为。

其流变性质可以通过测量粉体的应力-应变关系来描述。

粉体的流变行为受到多种因素的影响,包括粉体的颗粒形状、颗粒尺寸分布、颗粒间的相互作用力等。

常见的粉体流变行为包括流动、变形和黏弹性行为。

在粉体流变学研究中,常用的实验方法包括剪切流变实验、振动流变实验和压缩流变实验等。

剪切流变实验是通过施加剪切应力来研究粉体的流动行为;振动流变实验是通过施加振动应力来研究粉体
1
的流动特性;压缩流变实验则是通过施加压缩应力来研究粉体的变
形行为。

粉体流变学的研究有助于了解粉体的流动性能和变形特性,为工程
应用提供理论基础和实验依据。

同时,粉体流变学的研究结果也对
设备设计和工艺控制具有指导意义,能够提高工艺效率和产品质量。

2。

2粉体工程-粉体流变学

2粉体工程-粉体流变学

2 空隙率ε:空隙体积占粉体填充体积的比率。
第三章 粉体的润湿性
润湿性 (wetting) 是指固体界面由固-气界面 变为固-液界面现象。
固体的润湿性用接触角θ表示。 液滴在固体
表面上所受的力达平衡时符合Yong’s公式: γsg=
γsl+ γlgcosθ 式中, γsg、 γsl、 γlg分别固-气、固-液、气-
定义流动因数ff= σ1/ 用来描述流动通道或 料斗的流动性。流动函数FF和流动因数ff差异:前 者数值越大,粉体流动性越好;而后者数值越大, 粉体流动性则越差。
流动函数FF 和流动因数ff 的关系
问题: 对料仓中颗粒进行流动分析的用途是什么?
七、整体流料仓的设计
设计要求:料斗必须足够陡峭,使粉体物料能沿 斗壁流动,而且开口也要足够大以防止形成料拱。
粉体工程与设备
烟台大学环境与材料工程学院
学习重点
1、休止角及内摩擦系数 2、 Janssen(詹森)公式 3、流动与不流动的判据
对数正态分布应用示例
(1)可计算出平均粒径
(2)可计算出每千克样品中含有的颗粒个数n
(3)可计算出比表面积Sw
当颗粒为球形时 =6
(4)个数与质量两种基准分布的变换关系
粒度:在临界粒子径以上,随粒子径增加,粉体流 动性增加。
临界粒子径:当粒子径小于100微米,粒子容易发 生聚集,内聚力超过粒子重力,妨碍了粒子的重力 行为,这时的粒子径称为临界粒子径。
粒子形状和表面粗糙性:不规则、粗糙,流动 性差。
吸湿性:吸湿性大,休止角大,流动性差。但当吸 湿量超过一定值后,水分起到润滑作用,流动性增 加。
再慢慢地使其倾斜,当粉体滑动时,板面和水平 面所形成的夹角。

《流变学和粉体学》课件

《流变学和粉体学》课件
《流变学和粉体学》PPT 课件
欢迎大家来到《流变学和粉体学》的世界。本课程将重点讲解流体力学中的 两个分支,以及它们在各个领域中的应用。
研究背景与意义
流变学和粉体学是学习材料的物理特性和处理工艺的重要一环。它们相互依 存,可以帮助工程师们更好地理解和控制处理材料的流动和变形过程。
流变学基础知识
流变学的定义和分类
粉体学基础知识
1
粉体的定义和分类
粉体是微细颗粒,大小在1-100微米之间。常见的粉体包括金属粉末、陶瓷粉末、 药物颗粒等。
2
粉体的生产与加工技术
包括机械法、热处理法、电化学法等。粉体的加工主要是为了改变其粒径、形状、 表面状态等。
3
粉体的物理和化学特性
如粉体的孔隙率、密度、表面能、耐水性等可以帮助工程师更好地了解其物理和 化学特性。
流变学与粉体学的结合应用
1 交叉领域
流变学和粉体学作为相互关联、相互渗透的学科,交叉领域的应用非常广泛,能够实现 理论研究和实际应用的完美结合。
2 新材料研究中的应用
当今材料科学的发展对于流变学和粉体学需求量日益增加。二者在合作创新中可以推动 科学技术的发展。
3 药学领域
药物的生产和研发中,流变学和粉体学的应用日益重要,它们可以帮助科学家掌握药物 的制备和流动行为。
总结与展望
总结
• 流变学是研究物质在外力作用下的变形和流 动特性。
• 粉体学是微细颗粒的研究。 • 二者相互依存,有着广泛的应用。
展望
• 我们可以进一步地拓展流变学和粉体学的合 作领域。
• 在新材料研究中推进科技创新。 • 探索流变学和粉体学在医药领域和环境污染
控制中的应用。
参考文献
• 赵洁、万克林、周玲玲. 粉体学[M]. 化学工业出版社, 2015. • 曾逸天、陈云贤、董栋秋. 流变学及应用[M]. 化学工业出版社, 2018. • 虞怡. 工程材料流变学[M]. 山东科学技术出版社, 2018.

沈阳药科大学 药剂学课件 流变学基础

沈阳药科大学 药剂学课件 流变学基础
3
(c)型:
K1 R / 2 K2 h / R
3
三.圆锥——平板粘度计法
Ferranti-Shirley粘度计为圆锥—平板粘度计的一 种类型 Ferranti-Shirley圆锥—平板粘度计的装置如下图 所示 测定方法为将试验液放在平板的中央,然后把平 板推至上面的圆锥下部,使试验液在静止的平板 和旋转的圆锥之间产生切变
将不发生流动应力S增大到屈伏值时,液体将 塑性流体的流动公式可以用下式(13-2)表示:
开始流动,切变速度D和切变应力S呈直线关系(此时 以后,粘度η保持不变)。液体的这种性质称为塑性
D
S S

(13-2)
式中:η——塑性粘度(plastic viscosity);S0—屈伏值或致流值。
如果试验液为塑性流动的流体,则其塑性粘度用 下式表示: T Tf U C V
Tf—剪切应力轴上的转矩;Cf—装置固有的常数
圆锥-平板粘度计与圆筒粘度计比较有以下几 个优点: 第一,对受切变的整个试验液,其切变速度是相 同的(保持定值),因此在测定过程中不产生栓塞
第二,对所测定的试验液的装样和取样非常容易
第三,在整个测定过程中能够始终保持恒定的温 度,而且适用于微量试验液的测定并具有良好的重 现性
四.制剂流变性的评价方法
测定软膏、乳剂、雪花膏等半固体制剂的流变性 质 主要用针入度计(penetrometer),凝结拉力计 (curd tensionmeter)和伸展计(spread meter)进行 测定
(一)流变学在混悬剂中的应用
在混悬液中,流变学原理可用于讨论: 粘性对粒子沉降的影响 混悬液经振荡从容器中倒出时的流动性的变化 混悬液应用于投药部位时的伸(铺)展性

粉体学和流变学PPT课件

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15
粉体的充填
松密度与空隙率反映粉体的充填状态, 紧密充填时松密度大,空隙率小; 反之,松散充填时松密度小,空隙率大。
18
(二)影响粉体流动性的因素
1、粒度, 2、粒子形状、表面粗造性, 3、吸湿性 4、加入润滑剂
20
吸湿性
Hale Waihona Puke 吸湿性是指固体表面吸附水分的现象。 粉末吸湿后会导致粉末流动性下降; 但大量吸湿后粉末变成半流体,流动性增强。
21
临界相对湿度(CRH)
药物的吸湿特性可用吸湿平衡曲线来表示。 水溶性药物在相对湿度较低的环境下,几乎不吸
湿,而当相对湿度增大到临界相对湿度(CRH)时, 吸湿量急剧增加。
22
水溶性药物的吸湿平衡曲线
1-尿素 2-枸橼酸 3-酒石酸 4-对氨基水杨酸钠
CRH湿水溶性药物的特征性参数,几种水溶性药物混合后, 其吸湿性有如下特点:混合物CRH约等于各组分的乘积, 即
3
(一)粒子大小
2、比表面积径 3、有效径 4、平均粒径
5
(二)粒子径的测定方法
1、光学显微镜法(中国药典) 2、筛分法 3、库尔特记数法 4、沉降法(Stokes定律) 5、比表面积法
6
Stocks定律: V = 2 r2( 1- 2)g / 9
8
(三)粒度分布
9
三、粉体粒子的比表面积
29
压缩成形性
对于药物粉末来说,压缩性和成形性是紧密联系 在一起的,因此往往把粉体的压缩性和成形性简 称为压缩成形性。
压缩成形性是粉体的重要性质;压缩成形过程是 一个复杂过程,其机制尚未完全清楚。
30
第二节、流变学概述
流变学是研究物体变形和流动的 科学。
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称接触角。
固体的润湿性用接触角θ表示。 液滴在固体表面上所受的力达平衡时符合Yong’s公 式: Ysg=Ysl+Ylgcosθ 式中, Ysg、Ysl、Ylg分别固-气、固-液、气-液间的 界面张力。
25
θ=0º ,完全润湿; θ=180º ,完全不润湿; θ=0-90º ,能被润湿;θ=90-180º ,不被润湿。
改善流动性的方法
适当增加粒子径 控制含湿量 添加少量细粉 加入润滑剂

一、粉体的基本性质
(六)吸湿性
指固体表面吸附水分的现象 后果:流动性下降、固结润湿、液化,直至促进化学反


应而降低药物稳定性。 A水溶性药物:临界相对湿度CRH
水溶性药物混合物: CRHAB=CRHA· CRHB
粒子形态
形状指数: 1、球形度 2、圆形度 形状系数 1、体积形状系数 2、表面积形状系数 3、方法: 1、体积比表面积 2、重量比表面积

一、粉体的基本性质
(三)粒径与粒度分布

粒径:粒子的大小,是决定粉体其他性质的最基本 的性质。 粒子径:几何学径(长、短径、定向径、等价径 等)、比表面径、有效径、平均径 粒子径的测定方法:光学显微镜法、筛分法、库尔 特计数法、沉降法、比表面积法 粒度分布:反应粒子大小的均匀程度。

粉(Powders):≤100µm 粒(Particles):> 100µm
一级粒子:单一粒子——结晶、实体颗粒
二级粒子:单一粒子的聚结物——造粒物
一、粉体的基本性质
(二)形态和比表面积

形态:球形、立方形、片状、柱状、鳞状、 棒状、针状、块状、纤维状等。

比表面积:单位重量(或体积)粉体所具有 的表面积
第五章 粉体学 与流变学基础
第五章 粉体学
粉体学:研究各种形状粒子聚合体性质的科学。 粉体的基本性质

• • •


形态和比表面积 粒径与粒度分布 粉体的密度 孔隙率和填充率 流动性

粉体学在药剂中的应用
一、粉体的基本性质
(一)定义
粉体是无数个固体粒子的集合体 在制药行业常用研究范围:1µm~10mm 纳米级别的研究正在深入发展 “第四态”:流动性、压缩性、抗形变

5、粒子在受压变形时相互嵌合产生机械结合 力; 6、水溶性成分在粒子的接触点析出结晶形成 固体桥。

二、粉体学在药剂中的应用
1.在处方设计中的应用
保证药物制剂的质量:溶出、崩解、稳定性、外观、活性物

质的均匀性、强度等。

保证生产过程的顺利进行:流动性、充填性、压缩成形性、
粘冲、退片等。
二、粉体学在药剂中的应用

休止角测定
一、粉体的基本性质
(六)流动性
≤ 30°

流动性好 基本满足 流动性差
1、休止角
≤ 40° ≥ 40°
一、粉体的基本性质
(六)流动性

2、流速:单位时间内粉体由一定孔径的孔或 管中流出的速度。 3、内摩察系数
一、粉体的基本性质
(六)流动性

影响流动性的因素
粒子大小及分布 粒子形态及表面粗糙性 含湿量 加入助流剂、润滑剂
一、粉体的基本性质
(五)孔隙率和填充率

孔隙率:粉体中孔隙容积所占的比例
ε = (V b – V p)/ V b
一、粉体的基本性质
(五)孔隙率和填充率

填充率 g =1–ε
一、粉体的基本性质
(六)流动性
休止角和流速表示

休止角
h
r
一、粉体的基本性质
(六)流动性
A
B
一、粉体的基本性质
(六)流动性
难溶性药物的溶液制剂等
流变学基础
一、流变学的基本概念 1、流变学就是研究液体流动和固体变形的科 学。 2、内应力给固体施加外力时固体内部存在的使 固体保持原状的力; 3、弹性变形与塑性变形: 4、剪切应力与剪切速度

牛顿流体
二、牛顿流体 1、牛顿粘液定律:切边速度与切应力成正比。 2、牛顿流体的特点:低分子纯溶液或稀溶液; 粘度是一个常数,是温度的函数;切变速度 与切应力成直线关系。

一、粉体的基本性质
(四)粉体的密度 真密度:ρ 粒密度:ρ 堆密度: ρ = W/Vp = W/Vg = W/Vb
p
g
b
真密度 ρ
p
不包括颗粒内外空隙 的体积
= W / Vp
粒密度 ρ g= W / V g
不包括颗粒之间空 隙的体积
堆密度(松密度) ρ
粉体所占容器的 体积
b
= W / Vb
2.在固体制剂生产工艺中的应用
控制参数:粒度、粒度分布、流动性、充填性、
湿含量、上下冲压力、模壁残留压力等,最终得到
合格产品。
二、粉体学在药剂中的应用
3. 便于控制固体制剂的质量,有利于GMP的实施,推 动自动化、连续化、现代化生产。 4. 促进现代技术与新剂型的发展 纳米技术在制剂中的研究领域需要去探讨。提高溶 出度-促进药物的吸收、胶体制剂的发展、粉末吸入剂、
26
(八)粘附性与凝聚性 粘附性是指不同分子间产生的引力。 凝聚性是指同分子间产生的引力。 原因:干燥时主要是范德华力与静电力;湿润 时主要是液体桥或水分蒸发产生的固体桥。

(九)压缩成形性 压缩性指粉体在压力下体积减少的能力;成 形性表示物料紧密成一定形状的能力。 压缩成形性原理:1、压缩后粒子间距离近产 生范德华力与静电力;2、受压朔性变形使粒 子间接触面增大;3、粒子受压破碎产生新生 面积具较大表面自由能;4、压缩中摩擦产热 发生熔融,解压形成固体桥;

B水不溶性药物的吸湿性随着相对湿度 的变化而缓慢发生变化,没有临界点。
混合物的吸湿性具有加和性。
测定CRH的意义
1、可作为药物吸湿性的指标 2、为生产、储藏的环境提供参考 3、为选择防湿性辅料提供参考

(七)润湿性(wetting)
润湿性是指固体界面由固-气界面变为固-液界面 现象。粉体的润湿性对片剂、颗粒剂等到固体 制剂的崩解性、溶解性等具有重要意义。 液滴在固液表面边缘的切线与固体平面间的夹角

非牛顿流动

三、非牛顿流动 1、塑性流动 屈伏值:引起流动的最低切应力; 2、假塑性流动 切变稀化 3、胀性流动:切变稠化 4、触变流动:触变性的特点是等温条件下的溶胶 与凝胶的可逆转换。
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