隨著納米技術的飛速發展，粉體的流動性成為一個新興的研究熱點，作為一個非常復雜的物理現象，它在食品、化工、藥品等諸多領域都占據著舉足輕重的地位，比如藥物的生產經常涉及多種成分的精確配比和均勻混合，如果藥物粉體具備良好的流動性，就能在混合過程中保證每一批次藥品的成分一致性和穩定性，降低了因成分不均勻而導致的藥品質量問題；在塑料顆粒的生產中，良好的流動性可以保障注塑或擠出等成型工藝的順利進行，防止產品出現壁厚不均、表面瑕疵等質量問題。接下來，小編將為大家介紹粉體的流動性及其影響因素。

（圖源：湖北萬度光能）

什么是粉體流動性？

粉體流動性是指粉體顆粒在不同條件下流動的特性。粉體作為一類特殊的材料，同時具有固態和液態兩種特性，固態特性使其可以承載一定的剪切應力，在靜止的狀態下保持固定形態。當剪切應力達到一定的臨界值時，粉體就又能像液體一樣流動。作為工業生產中的一個重要參數，粉體流動性不僅會影響產品的生產效率、質量，還關系到粉體加工設備結構參數的設計和工藝參數的選擇。

粉體的可壓縮性、團聚性、流動性的關系（圖源：文獻2）

影響因素

影響粉體流動性的因素有很多，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、存儲時間和顆粒間相互作用等。這里小編僅列舉幾項供大家了解、認識。

（1）粒徑與粒度分布

粉徑是指顆粒大小在空間范圍所占據的線性尺寸。粒度分布是是指若干個大小順序排列的一定范圍內顆粒量占顆粒群總量的百分數一般通過簡單的表格、圖形或函數的形式給出。當顆粒粒徑較大時，顆粒之間的空隙較大，使得顆粒之間的相互作用力較小，粉體更容易流動。當顆粒粒徑較小時，顆粒的表面積較大，顆粒間的范德華力、靜電力等相互作用力會因此而增強，使得顆粒的流動性較差，易形成團聚體，增加流動阻力。

JLAmoros等以不同粒徑分布的單分散石英砂為物料，通過剪切測試研巧顆粒間的內聚力與顆粒粒徑及床層緊密度之間的關系，其結果表明內聚力隨著緊密度的升高而升高，隨著顆粒粒徑的減少而升高。床層的摩擦系數隨著床層的緊密度的增加而逐漸增加，并且其變化關系依賴于顆粒粒徑。

（2）粉體濕含量

粉體濕含量指粉體中水分的含量。粉體的濕含量很低時，水分被吸附在其表面，這種吸附水對粉體的流動性影響不大，隨著水分的增加，在吸附水的周圍形成了薄膜水，此時顆粒間相對移動不容易發生，限制了顆粒整體的流動，當水分增加到超過最大分子結合水時，粉體流動性變差，甚至會失去流動性。

謝曉旭等將兗州煤、混合煤和大同煤3種煤樣分別調制成不同含水率進行試驗。分析了含水率變化對煤粉流動函數、內聚力以及內摩擦角的影響，得出結論：隨煤粉含水率增加，煤粉的流動函數不斷減小，流動性變差；煤粉顆粒間的內聚力變大，更容易團聚；煤粉的內摩擦系數有所下降，這可能是由于煤粉顆粒間增加水分后，水分會存在顆粒表面的凹坑處或者是顆粒之間，產生潤滑作用，使顆粒間的摩擦變小。

（3）顆粒形態

當顆粒具有規則的形狀時，它們可以較容易地滑動或滾動，阻力較小，流動性通常較好；當顆粒的形狀不規則時，它們容易相互交錯，導致流動路徑堵塞，使得流動性較差。如球形顆粒的比表面積較小，顆粒間接觸點較少，相互作用力較弱，粉體的團聚作用不強；而非球形顆粒一般具有較大的比表面積，粉體顆粒之間接觸點數較多，顆粒之間范德華力、靜電力等作用力急劇增加，使得粉體的流動性變差。

漆海峰研究了6種煤粉和其它粉體顆粒(玻璃微珠、FCC、黃沙、瀝青粉、硫酸銨晶體顆粒等)在有機玻璃料斗內的下料及Jenike剪切實驗的流動性，發現玻璃微珠與顆粒形態較規則，球形度較高，顆粒表面也較光滑，而煤粉顆粒棱角分明，顆粒邊緣齒狀凸起明顯，形狀規則度較低。因此顆粒相互接觸點較多的煤粉顆粒粘聚性更強。

玻璃微珠、FCC及其羊場灣煤粉顆粒顯微鏡圖像（圖源：文獻1）

粉體流動性的改善方法

改善粉體流動性的方法大體上可以分為兩類：通過增加顆粒尺寸或對顆粒進行表面改性。

（1）流動添加劑

流動添加劑可以明顯改善粉體的流動性，避免出現結塊或硬化的現象，其主要作用是減小顆粒間的粘附力。通過添加流動添加劑，可以增加顆粒間的接觸距離，從而減小顆粒間的范德華力。納米顆粒、表面活性劑、聚合物都可以作為流動添加劑加入，來改善粉體的流動性，其中納米顆粒已經被人們使用較長的時間。在使用過程中，納米顆粒需要分散到體系中，以便均勻覆蓋到粉體顆粒表面，而納米顆粒對粉體顆粒的強親和力，使它們之間可以緊密的結合。這些小的結合體在顆粒表面的粘附力可以起到改善顆粒流動性的效果。

（2）增加顆粒粒徑

增加粉體顆粒的粒徑主要是通過增加顆粒的重力，從而克服顆粒間的摩擦力等作用力，以達到改善粉體流動性的目的。團聚和造粒都是用于描述將許多單個的小顆粒組合在一起形成大顆粒，而小顆粒的性質不會發生變化的過程。這個過程中，大顆粒的粒徑比比原始的小顆粒粒徑大得多，從而可以起到改善粉體流動性的效果。以乳制品粉體為例，團聚過程通常發生在噴霧干燥室或噴霧干燥后的外部流化床中。在噴霧干燥室中，通過濕顆粒的初級團聚或濕顆粒和干顆粒的次級團聚的碰撞從而發生使表面活性劑和顆粒團聚在一起，形成大的團簇狀結構。

（3）結晶工藝的優化

人們普遍認為粉體的流動性可以通過顆粒的尺寸增加而改善，對于晶體顆粒，實際上還可以通過結晶的方法改變晶體形狀和尺寸，以達到對流動性的改善。這種方法可以集結晶、造粒于一體，操作簡單。除此之外，這一方法還有許多優點，例如整個過程可以在無菌的環境中操作、無需添加額外的輔料以及可以應用于GMP生產。

參考文獻：

1、漆海峰.煤粉的流動性對比研究及其影響因素分析[D].華東理工大學.

2、吳福玉.粉體流動特性及其表征方法研究[D].華東理工大學.

3、羅聰,陸海峰,郭曉鐳,等.粉體流動性的靜力學及動力學表征研究[J].化工新型材料.

4、張旭棟.結晶改善粉體流動性及高流動性高活性氧化鎂的制備研究[D].北京石油化工學院.

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