粉体颗粒的物性
粉体力学
颗粒:人工或天然制成的粒状物。
一般指固体颗粒。
粉体:大量具有相互作用的微小固体颗粒的集合体。
粉体的特点：1、具有固体的抗变形能力；2、具有与液体相类似的流动性；3、粉体不是连续体，受压后体积缩小类似气体性质。
粉体的种类：按成因分类：自然粒体、工业粉尘、人工粒体；按粒度大小分类：粗粒、细化学活性。
可塑性能好：没有固定的外形。
流动性好：便于输送、储存、混合、成型等单元操作。
物化性质：电、磁、光、声、热；吸附、湿润；溶解；燃烧。
粉粒体：颗粒（＞100 μm）；粉体（1～100μm）；超细粉体（0.1～1μm）；纳米粉体（＜0.1μm）。
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。
尺寸分布的概念：原因：粉体是有不连续的微粒组成，属于多分散系统。
因此粉体颗粒的粒径不是单一的，通常会在一定范围内连续取值。
即颗粒的大小服从统计学规律。
粉体的力学性能，不仅与其平均粒径的大小有关，还与各种粒径的颗粒在粉体中所占的比例有关。
为了表示粉体中颗粒大小组成情况，必须要用粒度分布的概念。
定义及意义：描述粒径分布的状态。
通常是指某一粒径的颗粒在整个粉体中所占的比例。
有了粒度分布的数据，就不难求出这种粉体的某些特征值，如平均粒径等从而可以对成品粒度进行评价。
尺寸分布的基准：1．作为分散系统的粉体，其颗粒的大小服从统计学规律。
单个颗粒的粒径是在某一范围内随机取值，对整个粉体，可以用采样分析的方法来测量粒度分布。
（频率分布与累积分布）2．尺寸分布可以取个数、长度、面积、体积（或质量）等4个参数中的一个作为基准。
粒度分布的基准取决于粒度分布的测定方法。
如用显微镜法测定粒径分布时常用个数基准；用沉降法时用质量基准。
测量/描述方法：将连续的粒度分布范围分成多个离散的粒级，测出各粒级中颗粒的个数或质量百分数。
显微镜法；计数器法：个数分布数据。
筛分析法；沉降法：个数分布数据；数学函数法：概率理论或近似函数的经验法寻求数学函数，以描述粒度分布。
【精品文章】粉体的物理性质对填充体系的影响
粉体的物理性质对填充体系的影响
天然矿物在业生产中用于填料时，除了起填充作用降低成本外，部分还能赋予材料优异的性能和新的功能，使产品性能更加优越。
填料粉体的物理及化学性能对填料的加工性能及使用性能有着极大的影响。
本篇将为大家解析粉体的物理性质对填充体系的影响。
矿物填料的物理特性，主要考虑粒径大小、粒径分布、颗粒形状、比表面积、吸油值、硬度等。
一、填料的分类
美国学者HurlLut将填料的化学组成按氧化物、盐、单质和有机物做大致的划分。
按填料的作用分类：普通填料和功能型填料，前者增加制品的体积或数量、降低制品的成本，后者改善制品的性能或赋予制品某些新的功能。
各种填料在塑料制品中的功能如下表所示：
二、矿物填料的物理性质
1、粒径、粒径分布
填料颗粒的粒径和粒径分布是粉体填料的重要特性之一。
填料粒径、粒径分布影响到材料制品如塑料、橡胶的力学性能；影响到造纸填料、涂布颜料及涂料的光学性能、流变性能。
一般而言矿物粒径越小，填充材料的力学性能就越好，如添加到橡胶里的粒子，粒度越小，其撕裂强度就越大。
但同时颗粒粒径越小，实现其均匀分散就越困难。
另外，颗粒越小，吸油值就越大，所需助剂就越多，因此加工费用就越高。
【精品文章】粉体的物理和化学特性 如何全面表征？
粉体的物理和化学特性如何全面表征？
粉体通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。
组成粉体的最小单位或个体称为粉体颗粒。
粉体的重要特性可以分为四类：（1）物理特性，（2）化学成分，（3）相成分，（4）表面特性。
粉体的这些特性对坯体的颗粒堆积均匀性和烧结过程中的微观结构变化有很大的影响，下面就粉体特性的表征方法做简要概述。
一、粉体粒度、粒度分布分析
1、粉体颗粒粒度定义
粉体一般由不同尺寸的颗粒组成，这些尺寸分布在某一范围内。
对不规则形状颗粒的尺寸定义有很多种，我们关注的一般是平均颗粒尺寸，根据定义不同有三种：线性平均粒径、表面平均粒径和体积平均粒径。
颗粒形状对流动性和粉末堆积程度有一定影响，一般倾向于球形和等轴状粉末的使用，因为它们能提升固体的堆积同质性。
表1不同颗粒尺寸名称及定义
2、粉体粒度及粒度分布表征方法
粉体粒度及粒度分布表征方法主要有：筛分法、显微分析法、沉积法、激光法、电子传感技术、X射线衍射法。
目前最常用的粒度分析方法是采用激光粒度分析仪。
激光粒度分析仪
粉体粒度测试方法对比表：
二、粉体形貌分析
表面形貌表征技术基于微观粒子（原子、离子、中子、电子等）之间的。
2 粉体的物性
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二、粉体的开放屈服பைடு நூலகம்度
2 cos φi fc = τ0 1 − sin φi
0 0
=0，fc=0 （Ⅰ类粉体不结拱） =0， 类粉体不结拱）
不等于0 不等于0，fc=常数（ Ⅱ类粉体，与预压缩 类粉体， 应力无关） 应力无关） fc随 0 的增加而增加 （ Ⅲ类粉体，随预压缩 类粉体， 应力的增加而增加） 应力的增加而增加）
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四、粉体流动性的影响因素与改善方法 1.增大粒子大小 1.增大粒子大小 对于粘附性的粉状粒子进行造粒， 对于粘附性的粉状粒子进行造粒，以减少粒子间的 接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。 接触点数，降低粒子间的附着力、凝聚力。 2.粒子形态及表面粗糙度 2.粒子形态及表面粗糙度 球形粒子的光滑表面，能减少接触点数， 球形粒子的光滑表面，能减少接触点数，减少摩擦 力。 3.含湿量 3.含湿量 适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 适当干燥有利于减弱粒子间的作用力。 4.加入助流剂的影响 4.加入助流剂的影响 加入0.5%～2%滑石粉 滑石粉、 加入0.5%～2%滑石粉、微粉硅胶等助流剂可大大 改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。 改善粉体的流动性。但过多使用反而增加阻力。
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2.5 Molerus 粉体分类
2.6 粉体的流动性
粉体颗粒的物性
测量/描述方法：将连续的粒度分布范围分成多个 离散的粒级 D，测出各粒级中颗粒的个数或质量 百分数。
– 显微镜法 – 计数器法 个数分布数据
– 筛分析法
– 沉降法 – 数学函数法
质量分布数据 概率理论或近似函数的经验法寻 求数学函数，以描述粒度分布
粒度的频率分布
频率及频率分布的概念
大小为DP的颗粒在样
1 粉体颗粒的物性
1.1 颗粒的尺寸与尺寸分布
1.2
1.3
颗粒的形状
颗粒的阻力系数与自由沉降
1.4
粉体间的作用力
1.5 粉体颗粒的团聚性
颗
粉粒体 粉
粒 （＞100 μ m）
体 （1～100μ m） 角 针 状 状
超细粉体 （0.1～1μ m） 纳米粉体 （＜ 0.1μ m）
树 枝 状 纤 维 状 片 状
累积分布
累积分布的概念
把颗粒大小的频率分布按一定的方式累积，便得到 累积分布的类型 几点说明 相应的累积分布。
1. 将频率或频数按照粒径从小到大进行累积——负累积；所得到
累积分布表示小于（或大于）某一粒径的颗粒在全部 工程上累积分布比频率或频数分布曲线用的广泛。 的累积分布表示小于某一粒径的颗粒的数量或百分数，曲线又称为累
定向最大径
S1 Martin径 S2
Feret径
对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向的平 均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。
总 结
粒径的统计特征
粉体的粒径具有统计特征，而不是对单个颗粒的尺 寸。所以，一般将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可
将粒径和粒度二词通用。
粒径的表示方法
颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示。 球性颗粒的直径就是粒径（particle diameter）。非球形颗 粒的粒径则用球体、立方体或长方体的尺寸表示。其中用 球体的直径表示不规则颗粒的粒径应用得最普遍，称为当 量直径或相当径（equivalent diameter）。
粉体的物性
粒的大小、颗粒间的相互作用，以及填充条件的变
化而变化。
二、粉体的堆积密度
（一）粉体密度的概念
• 粉体的密度系指单位体积粉体的质量。 • 由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，
粉体的体积具有不同的含义。 • 粉体的密度根据所指的体积不同分为
真密度、颗粒密度、松密度三种。
• 压缩性(compressibility)表示粉体在压力下 体积减少的能力。 成形性(compactibility) 表示物料紧密结合成一定形状的能力。
• 粉体的压缩性和成形性简称压缩成形性。 • 压缩成形理论以及各种物料的压缩特性，
对于处方筛选与工艺选择具有重要意义。
• 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：
• 是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积VB求 得的密度，亦称堆积密度。
ρB= M / VB
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。
若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt = ρg 一般： ρt ≥ ρg ＞ ρBt ≥ ρB
• 粉体的堆积/容积密度 B
• 正方形排列层 • 单斜方形/六方系排列层
正方形排列层 等边三角形/菱形/六边形排列层
均一球形颗粒的基本排列层
最
最
密
松
dP= 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！
随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。
2.2 粉体的可压缩性
一、粉体的压缩特性体晶格压密过程
粉末物性测试 振实密度 休止角 崩溃角 流动性指数
成都天依科创科技有限公司检测测试
粉体物性测试振实密度休止角崩溃角流动性指数
粉体物性是粉体材料的基本特性，研究粉体物性对粉体生产、加工、包装、运输、储存、应用等具有重要的实际意义。
比如：
a.设计储料仓的锥度时要考虑休止角和崩溃角；
b.设计包装袋或包装桶时要考虑振实密度和松装密度；
c.在管路中用气体输送粉体时要考虑流动性指数和喷流性指数等等。
粉体物性有如此多的实际意义，对粉体物性的测试意义重大。
10.均齐度：均齐度是粒度分布的D60和D10的比值。
11.凝集度：凝集度是一种根据粉体在筛分时表现的特性，对于颗粒内应力的作出的解释性
测量的一个指标。
12.流动性指数：流动性指数是休止角、压缩度、平板角、均齐度、凝集度等项指数的加权
和。
流动性指数与压缩度有关。
13.喷流性指数：喷流性指数是流动性指数、崩溃角、差角、分散度等项指数的加权和。
第二章续+粉体物性概述
1、粉体的定义
所谓粉体就是大量固体粒子的集合体，而且 在集合体的粒子间存在着适当的作用力。 粉体粒子间的相互作用力，至今仍无明确的 定量概念。通常是指在触及它时，集合体就发生 流动、变形这样大小的力。粉体粒子间的适当作 用力是粒子集合体成为粉体的必要条件之一，粒 子间的作用力过大或过小都不能成为粉体。
成不同尺寸的粉体有利于进行颗粒级配，达到紧密
堆积。
4） 使粒子具有流动性，便于给料控制及输送（特
别是气力输送）。 5） 便于不同组分的分离。为了剔除某些有害成分， 必须减小粒子的尺寸，才能进行分离操作。选矿即
利用此原理。
4、粉体的特点
材料成为粉体时具有以下特征
→不连续性，粉体由许多各自独立的大小不同 的粒子组成，能控制物性的方向性 →流动性，在流动极限附近流动性的变化较 大，能在固体状态下混合 →离散集合是可逆的 →具有塑性，可加工成型 →粒子形状不规则性 →比表面积大，具有化学活性，粉体化后粉体表面 存在着物质分子间结合的过剩能
力之间的平衡等。 ∞ 动力学性质—流动性，对材料的磨损性 以上分类，只是为了便于研究，在处理工程问题
时，应从粉体的各个方面加以全面考虑。
思考与练习
• 1、有二种粉体A和B，A的325目筛余 为25%；B的425目筛余为25%。哪种 粉体相对更细？
• 2、与其它形式的物质相比，粉体具有 哪些特点？
如粉体的粒度，形状，粒度分布比表面等性质。
根据粉体的特性有目的地对生产所用原料进 行粉体的制备和粉体性能的调控、处理，是获得
性能优良的材料的前提。
由于粉体中大量固体粒子的集合体，在进行 粉体的研究中就须从两方面加以考虑，那就是要 同时考虑到单个粒子的性质，也要考虑到大量固 体粒子的集合体的性质。
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l
三轴径的计算式及物理意义
t
序 号
b
名 长 短
称 径 径
定
义
说
明
1
颗粒的三轴径
l b
（l+b）/ 2 （l+b+t）/ 3 通常t<b<l，用标准筛测粒度时 b为控制尺寸 平均投影的算术平均值，反映 颗粒投影的基本大小 算术平均值，厚度t 难以测定 平均投影的几何平均值，更接 近于度量颗粒的投影面积 与外接长方体等体积的正方体 的边长 与外接长方体等比表面积的正 方体的边长 与外接长方体等表面积的正方 体的边长
1 粉体颗粒的物性
1.1 颗粒的尺寸与尺寸分布
1.2
1.3
颗粒的形状
颗粒的阻力系数与自由沉降
1.4
粉体间的作用力
1.5 粉体颗粒的团聚性
颗
粉粒体 粉
粒 （＞100 μ m）
体 （1～100μ m） 角 针 状 状
超细粉体 （0.1～1μ m） 纳米粉体 （＜ 0.1μ m）
树 枝 状 纤 维 状 片 状
定向最大径
S1 Martin径 S2
Feret径
对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向的平 均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。
总 结
粒径的统计特征
粉体的粒径具有统计特征，而不是对单个颗粒的尺 寸。所以，一般将颗粒的平均大小称为粒度。习惯上可
将粒径和粒度二词通用。
粒径的表示方法
颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示。 球性颗粒的直径就是粒径（particle diameter）。非球形颗 粒的粒径则用球体、立方体或长方体的尺寸表示。其中用 球体的直径表示不规则颗粒的粒径应用得最普遍，称为当 量直径或相当径（equivalent diameter）。
粉体的粒度（particle size）
由于细颗粒的团聚作用，粉体一般是大量颗粒的聚
合体。习惯上也把
聚合体称为粉体。 按ISO3252定 义，晶粒（A）、 颗粒（B）、聚合
体（C）的区别如
右图所示。
颗粒大小和形状表征
颗粒大小和形状表征
材料的机械、物理和化学性质描述了组成
材料的物质组态的基本特性，当物质被“分
D ( D p )和 R ( D p )
称为颗粒粒度分布积分函数
f (Dp ) f (Dp )
dD ( D p ) dD p dR ( D p ) dD p
总 结
粉体的尺寸分布（particle diameter distribution）
由于实际粉体大都由粒度不等的颗粒组成，所以它 就存在一个粒度分布范围，简称粒度分布。粒度分布通 常用简单的图表或函数形式来表示。
测量/描述方法：将连续的粒度分布范围分成多个 离散的粒级 D，测出各粒级中颗粒的个数或质量 百分数。
– 显微镜法 – 计数器法 个数分布数据
– 筛分析法
– 沉降法 – 数学函数法
质量分布数据 概率理论或近似函数的经验法寻 求数学函数，以描述粒度分布
粒度的频率分布
频率及频率分布的概念
大小为DP的颗粒在样
A
4
2 da
2
表面积当量径
2 S d s
3
体积当量径
V
6
3 dv
4
比表面积当量径
d sv 6
Sv
5 6
等沉降速度当量径
斯托克斯径（有效径） 层流区的等沉降速度当量径
物理学角度
定向径
沿一定方向的颗粒的一维尺度。定向径包括三种
粒 径 名 称
定
义
定 方 向 径 沿一定方向测得颗粒投影的两平行线的距离。 （Feret 径） 定方向等分径 沿一定方向将颗粒投影像面积等分的线段长度 （Martin 径） 定向最大径 沿一定方向测定颗粒投影像所得最大宽度的线 段长度
尺寸分布的概念
原因：粉体是有不连续的微粒组成，属于多分散系统。因此粉体 颗粒的粒径不是单一的，通常会在一定范围内连续取值。即颗粒
尺寸分布的基准 难点：
的大小服从统计学规律。 粉体的力学性能，不仅与其平均粒径 1．作为分散系统的粉体，其颗粒的大小服从统计学规律。单个 的大小有关，还与各种粒径的颗粒在粉体中所占的比例有关。为 颗粒的粒径是在某一范围内随机取值，对整个粉体，可以用采样 了表示粉体中颗粒大小组成情况，必须要用粒度分布的概念。 粒径的定义有多种，对于同一种粉体物料，选用不同的粒径 分析的方法来测量粒度分布。（频率分布与累积分布）
就会得到不同的粒径分布。粉体的粒径分布通常用实测的方法获得。 2．尺寸分布可以取个数、长度、面积、体积（或质量）等4个 定义及意义：描述粒径分布的状态。通常是指某一粒径的颗粒在 处理方式也是多种多样的，如整理成表格、绘成曲线、归纳相应的函 参数中的一个作为基准。粒度分布的基准取决于粒度分布的测定方法。 整个 粉体中所占的比例。有了粒度分布的数据，就不难求出这种 数形式。 如用显微镜法测定粒径分布时常用个数基准；用沉降法时用质量基准。 粉体的某些特征值，如平均粒径等从而可以对成品粒度进行评 运用尺寸分布的概念时，应当明确是什么分布、什么基准， 价。 用的什么粒径。
割”成为粉体之后，上述三类性质则不能全
面描述材料的性质，必须对粉体材料的组成
单元——颗粒，进行详细描述。颗粒的大小 和形状是粉体材料最重要的物性特性表征量。
颗粒的大小
直径D
直径D、高度H
？
1.1.1 粒径
单个颗粒的大小
不规则形状测定某些
颗粒的大小是颗粒最基ห้องสมุดไป่ตู้的几何参数。 与大小有关的性质
在表示颗粒大小时还常常使用“粒度”这一术语。
比例。
筛余分布曲线，常用R（DP）表示。
累积分布
组距 di/um
以大致估计粉体中细小颗粒所 0 ~1.0 0.5 0.00 0.00 100 占的比例。 98.33 1.0 ~2.0 1.5 1.67 1.67 2.0 ~3.0 2.5 3.00 4.67 95.33 3.0 ~4.0 D ( D min ) 0 3.5 3.67 8.34 91.66 4.0 ~5.0 4.5 9.33 17.67 82.33 D ( D max 19.33 1 ) 5.0 ~6.0 5.5 37.00 63.00 6.0 ~7.0 6.5 20.00 57.00 43.00 7.0 ~8.0 7.5 18 75.00 25.00 R 6.0 ~9.0 8.5 12.00 ( D min ) 1 13.00 87.00 9.0 ~10.0 9.5 5.67 92.67 7.33 R 10.0 ~11.0 10.5 4.00 ( D max ) 03.33 96.67 11.0 ~12.0 11.5 2.00 98.67 1.33 12.0 ~13.0 12.5 1.33 100 0.00
2 3 4 5 6 7 8
二轴算术平均 值 三轴算术平均 值
二轴几何平均 径
lb
三轴几何平均 3 lbt 径 三轴调和平均 3/（1/l+1/b+1/t） 径
1 6 ( 2lb 2bt 2lt )
假想
几何当量径的定义
序号 1
名
称
定
义
计算公式
几 何 学 角 度
投影面积当量径
与颗粒的投影面积相等的 圆的直径 与颗粒的外表面积相等的 球的直径 与颗粒的体积相等的球的 直径 与颗粒的比表面积相等的 球的直径 与颗粒在流体中的沉降速 度相等的球的直径
例：
粒度的频率分布
几点说明
1.频率或频数分布曲线是一样的，只是纵坐 标的取法不同，工程上常用频率分布曲线。 2. 纵坐标的取法有两种，直接取频率或频数 和取单位组距的频率。 3. 在频率分布曲线中，某一粒径范围内的颗
粒的质量占整个粉体质量的百分率等于在该
粒径范围内的频率分布曲线下的面积，而频 率分布曲线下的总面积为1。
积筛下分布曲线,常用D（DP）表示。 颗粒中所占的比例。而频率分布是表示某一粒径或粒 1. 可以通过曲线微分求得频率分布曲线； 2.将频率或频数按照粒径从大到小进行累积——正累积；所得到的 径范围内的颗粒在全部颗粒中所占的比例。 2. 根据累积分布曲线，可以大致估计粉体中细小颗粒所占的 累积分布表示大于某一粒径的颗粒的数量或百分数，曲线又称为累积
粉体粒度大小
品中出现的质量百分数 ——频率
f (Dp )
n N
100 % n N
频数（颗粒 的数目）
或 f ( D p )
粉体粒度大小范围
100 %
频率与颗粒大小的关系——频率分布
粒度的频率分布
频率（频数）分布曲线
h ΔDP/um n di/um f（ΔDP）/% 1 1.0 ~2.0 5 1.5 1.67 d max 2 2.0 ~3.0 9 ( D )2.5 3.00 f 用显微镜观察N为300个颗粒的粉体样品。经 p dD p 100 % 3 3.0 ~4.0 d min 11 3.5 3.67 测定，最小颗粒的直径为1.5um，最大颗粒直径为 4 4.0 ~5.0 28 4.5 9.33 12.2um。将被测出的颗粒按由小到大的顺序以适当的 5 5.0 ~6.0 58 5.5 19.33 区间加以分组（一般取10—25组），小于10组数据不 6 6.0 ~7.0 60 6.5 20.00 准，大于25组数据处理过程复杂。取组数h=12组，区 7 7.0 ~8.0 54 7.5 18 间的范围称为组距，用ΔDP表示。设ΔDP= 1um，每 8 8.0 ~9.0 36 8.5 12.00 一个区间的中点，用di表示。落在每一区间的颗粒除 9 1.0 ~2.0 17 9.5 5.67 以N，便是f（ ΔDP）。将测量的数据加以整理，得 10 10.0 ~11.0 12 10.5 4.00 到表 11 11.0 ~12.0 6 11.5 2.00 12 12.0 ~13.0 4 12.5 1.33 300 100 总合