FT4粉体流变仪介绍.pdf

FT4 粉体流变仪介绍 设计FT4 粉体流变仪的初衷是为 了表征粉体的流变或流动特性。如今， 这依然是其主要功能，但随着仪器本 身、及其附件和使用方法得到持续发 展，今天的FT4 已被视为全能的粉体 测试仪。 除了专利保护的动力学测试方法，即 测量运动中粉体的流动阻力之外， FT4 同时还包含用于测量粉体剪切 强度的剪切盒；量化粉体与加工设备 壁面如何发生剪切的壁面摩擦工具 包；以及测量松装粉体特性如密度、 压缩性和透气性等的附件。这一系列 测量能力使得 FT4 真正成为的全能 粉体测试仪器以及世界上测量和认 识粉体行为功能最多的专业仪器。 1 多功能的必要性 如我们在上述章节所看到的，粉体流动性能非常复杂，且无法用单一数值量化。考察流动性时必须结 合加工和应用条件。粉体在松散状态下可能表现出“好的”流动性，但在固结后流动性则“变差”。有些粉体 可能在流速较高时流动良好，而在速度降低时可能停止流动。 FT4 的设计让人们可以逐一考察这些外部变量 的作用效果。通过在测量单元中逼真模拟加工条件，可逐 一量化粉体对各个变量的反应。 外部变量包括： 结固 流动（剪切）速率 静电荷 充气性 含水率 储存时间 2 动力学测试方法 FT4 多功能粉末性质测试仪采用专利技术，能够对运动状态中粉体遭遇的流动阻力进行测量。 精密“桨叶” （或称为“ 叶轮” ），在粉体中旋转并上下移动，形成一种精确的流动模式，使成千上万的颗粒 发生交互作用或相对流动，而桨叶受到的阻力则代表颗粒相对运动的难易度或整体流动性。颗粒运动的阻 力越大，粉体流动越不顺畅，桨叶移动也就越困难。 当桨叶在样品中移动时，FT4 粉体流变仪通过计算扭矩和阻力，对旋转阻力和纵向阻力进行测量。同 时获取这两种信息至关重要，因为这两种数值结合在一起，才能对粉体的整体流动阻力进行量化。 计算扭矩和阻力所做的功可以得出该粉体的“流动能”，即桨叶自上至下贯穿粉体样品所需的能量。然 而，由于扭矩和阻力的数值在不断变化，我们需要计算出桨叶运动每一小段距离所对应的能量。这就是所 谓的“能量梯级”，以mJ/mm 的单位表示桨叶每运动1 毫米所对应的能量。 所做功 = 流动能 = (“力” x 距离) 其中 “力”包含阻力和扭矩 能量梯级=每毫米所做功 计算能量梯级曲线下的面积，就能得到总流动能，它代表了粉体在流动时遭遇的动态阻力。 可直接测量扭矩和力得到能量梯度 3 约束流动和无约束流动 用于量化流动性的两种典型流 动模式 强制（约束）流动 这是测量粉体流动性的一种方 法，此时，粉体在螺杆喂料器 或主动式喂料器上处于强制流 动状态。这种特性被定义为基 本流动能 (BFE) ），在桨叶下 行运动中进行测量。粉体装在 底端密闭的测试容器中。 低压力（无约束）流动 在低压力填充、低剪切力混合 等无约束流动状态下测量粉体 流动性的一种方式。这种特性 被定义为 特别流动能 (SE) 。这一方法，是在桨 叶从容器底部向顶部提升的过 程中测量流动阻力。由于容器 顶部没有坚固表面防止粉体膨 胀或上行运动，因此在这一测 试过程中，粉体运动不受约束。 约束和无约束流动的机制非常不同，因此，在数据与加工性能之间建立关联性时，确定哪种机制更能代表 拟议中的加工方式就显得非常重要。 4 预处理 任何与粉体打交道的人都会知道，经过处理，它们的密度很容易变化。从烧杯中向外倾倒，就会混入空气； 拿起烧杯在长凳上轻轻敲击，可以发现其由于粉体变得密实，其体积有所减少。 密度的改变是由于向粉体施加的应力有所改变。如前所述，在加工或应用过程中，压力大小的改变有可能 会对粉体行为产生重大影响，在测量中也是如此。因此，在制备粉体时，不管是什么测试，都必须首先确 保粉体的基体受压均匀，避免气泡和局部被压实。 这一准备步骤被称为预处理，这是一个简单而有效的机械处理过程，旨在为后续测量准备样品。利用在 动力学方法中使用的同种专利技术（见前页），预处理过程包含轻轻分散整个样本，使粉体松散且少量充 气。其目的是扰动所有颗粒并使之缓缓落定，从而形成均匀填充的粉末基体，消除预压实或赶出过多气体 的现象，确保后续测试结果不受操作员如何处理粉体以及将其放入测试容器的影响。 为了消除由于