顆粒材料—物理性能測試第3部分：流動性指數(shù)的測量

主要起草單位：北京粉體技術(shù)協(xié)會、機械科學(xué)研究總院青島分院有限公司、北京市理化分析測試中心、丹東市百特儀器有限公司、中國科學(xué)院過程工程研究所、浙江瑞堂塑料科技有限公司、安徽國泰眾信檢測技術(shù)有限公司、池州市大恒生化有限公司、國家非金屬礦深加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、廣州市博勒飛粘度計質(zhì)構(gòu)儀技術(shù)服務(wù)有限公司、中國計量科學(xué)研究院、中機生產(chǎn)力促進中心。

主要起草人：周素紅、高原、孫振田、馬飛、丁曉炯、蔣楠、劉俊杰、李兆軍、溫原、余方、張立新、陳洪周、宋正啟、董青云、潘俊杰、張文閣、方榮、王啟鋒、徐崧民、侯長革。

2018年12月28日，《顆粒材料—物理性能測試第3部分：流動性指數(shù)的測量》發(fā)布。

2019年7月1日，《顆粒材料—物理性能測試第3部分：流動性指數(shù)的測量》實施。

這些方法均屬宏觀流動性測量方法，一般不考慮粉體流動性的微觀機制?？栔笖?shù)法測定粉體樣品休止角、崩潰角、差角等參數(shù)，然后按指定方式加權(quán)加和，得到一種表征粉體流動性的流動指數(shù)和噴流指數(shù)。此法直接用經(jīng)驗測量法測定，這對簡化測試而言是優(yōu)點，對深入分析粉體流動性而言則是一種缺點。此外，用各種儀器進行卡爾指數(shù)法的參數(shù)測試，測試誤差還比較大，測試的穩(wěn)定性尚有待解決。比表面積法用單一的比表面積值固然能表示顆粒的總體粗細(xì)水平，但是卻無法反應(yīng)顆粒群粒度分布狀況，測試方法操作復(fù)雜。簡尼克法測定樣品的有效內(nèi)摩擦角、內(nèi)摩擦角、壁摩擦角、容重和無側(cè)界屈服強度等五個性能指標(biāo)，結(jié)果對粉體特性的反應(yīng)較為準(zhǔn)確，但是測試需要用到大量粉體和使用非常精密的儀器，測試數(shù)據(jù)較多，測試過程操作復(fù)雜、要求嚴(yán)格，而且并不能反應(yīng)出粉體顆粒的粒度組成，不適用于有毒、微量粉體的測試。

卡爾通過對2800種粉體試樣進行測定，歸納提出了一套比較全面的表征粉體流動性的方法，即對粉體的安息角、壓縮率、平板角(鏟板角)、凝集率(對于細(xì)粉料)或均勻性系數(shù)(對于粗粉料)等指標(biāo)進行測定，將測定結(jié)果換算成表示其高低程度的點數(shù)(每項以25點為滿值)，然后采用“點加法”得出總點數(shù)作為流動性指數(shù)Ⅳ，并以此流動性指數(shù)來評估粉體的流動性?？柫鲃有灾笖?shù)法認(rèn)為，Ⅳ≥60的粉體為流動性較好的粉體，便于輸送操作；60>FI≥40的粉體容易發(fā)生輸送管道的堵塞；FI<40的粉體為流動性不好的粉體，不便于輸送操作，并且后兩者在生產(chǎn)過程中都需要采取助流活化措施。例如，日本清新公司制作的MT一1000型多功能粉體物性測定儀就是在卡爾流動性指數(shù)法的基礎(chǔ)上建立的，該測試儀可以同時測定卡爾指數(shù)所必需的4個檢測項目。在卡爾流動性指數(shù)法測定的4項指標(biāo)中，應(yīng)用較多的是安息角，甚至還有人簡單地用安息角來代替卡爾流動性指數(shù)。

安息角(又稱堆積角、休止角)。是指粉體自然堆積時的自由表面在靜止平衡狀態(tài)下與水平面所形成的最大角度。安息角常用來衡量和評價粉體的流動性。安息角有兩種形式：一種稱為注人角(即堆積角)，指的是在一定高度下將粉體注入到某一理論上無限大的平板上所形成的安息角；另一種稱為排出角，指的是將粉體注入到某一有限直徑的圓板上，當(dāng)粉體堆積到圓板邊緣時，如再注入粉體，則多余粉體將由圓板邊緣排出而在圓板上形成的安息角。這兩種形式的安息角在數(shù)值上是有差別的，這種差別與粉體的粒度分布有關(guān)。一般來講，粒度分布比較均勻的粉體所形成的兩種形式的安息角在數(shù)值上差別不大，但對于粒度分布比較寬的粉體，排出角與注入角相差很大，通常是排出角大于注入角。

安息角的測定方法有很多種，相對于火山口法、排出法、容器傾斜法和回轉(zhuǎn)圓筒法，殘留圓錐法和等高注入法的干擾因素比較少，但圓錐體的高度與底部直徑對安息角的測定均有一定的影響。對粒度較粗的粉體堆積時，很容易出現(xiàn)分料現(xiàn)象，使堆積料的粒度分布不均勻。對黏結(jié)性比較強的粉體物料，粉體的黏結(jié)力對粉體的流動性影響比較大，因而只宜采用殘留圓錐法和等高注入法來測定其注入角?；鹕娇诜ê团懦龇ㄟ@兩種方法在測定黏結(jié)性比較強的粉體物料時，其排出角一般比注入角大。容器傾斜法和回轉(zhuǎn)圓筒法這兩種方法因粉體物料層受容器的形狀限制比較厲害，因而測定的粉體安息角的值一般偏大，但用這兩種方法測定充氣性粉體的安息角比較適宜。

流動性的標(biāo)準(zhǔn)計算項目是：

①差角。休止角與崩潰角之差稱為差角。差角越大，粉體的流動性與噴流性越強。

②壓縮度。同一個試樣的振實密度與松裝密度之差與振實密度之比為壓縮度。壓縮度也稱為壓縮率。壓縮度越小，粉體的流動性越好。

③空隙率?？障堵适侵阜垠w中的空隙占整個粉體體積的百分比?？障堵室蚍垠w的粒子形狀、排列結(jié)構(gòu)、粒徑等因素的不同而變化。顆粒為球形時，粉體空隙率為40%左右；顆粒為超細(xì)或不規(guī)則形狀時，粉體空隙率為70%～80%或更高。