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麥克粉末流動(dòng)性講堂—評(píng)價(jià)粉體測(cè)試工具包：剪切測(cè)試（20190823）

美國(guó)麥克儀器 2019-08-26 | 閱讀：2521

承接上一篇綜述文章，我們已經(jīng)討論了傳統(tǒng)粉體測(cè)試工具包究竟能否滿足當(dāng)下粉體加工者的需求。這篇文章中將開(kāi)始討論剪切測(cè)試。

剪切測(cè)試起源于Jenike在20世紀(jì)60年代為解決儲(chǔ)存容器卸料問(wèn)題而展開(kāi)的創(chuàng)新工作。其所開(kāi)發(fā)的技術(shù)首次使用數(shù)值方法確定粉體加工設(shè)備的規(guī)格，為該設(shè)備的設(shè)計(jì)提供支持。開(kāi)發(fā)一種設(shè)計(jì)演算法使得料斗和料倉(cāng)實(shí)現(xiàn)可控的卸料是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，相關(guān)后續(xù)的研究工作也驗(yàn)證了該方法的卓越性。雖然卸料和料斗設(shè)計(jì)仍然是一門(mén)不盡完美的學(xué)科，但是，50年前開(kāi)發(fā)的方法經(jīng)受了時(shí)間的考驗(yàn)，至今仍在使用且未有重大變化。

圖1 - 傳統(tǒng)剪切室

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，剪切測(cè)試測(cè)量了相對(duì)于一個(gè)粉體平面剪切另一個(gè)固結(jié)平面所需的力。類(lèi)似的方法也用于測(cè)量壁面摩擦（即設(shè)備或容器結(jié)構(gòu)材料表面與粉體之間的摩擦力），以提供料斗設(shè)計(jì)所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)。料斗底部的粉體由于其上方物料的重力作用而發(fā)生固結(jié)，粉體承受此種應(yīng)力，同時(shí)將應(yīng)力傳遞至粉床內(nèi)，并且粉體與容器壁面接觸時(shí)也會(huì)承受一定的應(yīng)力，可見(jiàn)這些測(cè)試方法是極其相關(guān)的。

構(gòu)想出剪切測(cè)試之后的幾十年，對(duì)于與加工工藝相關(guān)的粉體表征的極大需求也已促使剪切測(cè)試的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于最初。這點(diǎn)固然可以理解，但也使得這項(xiàng)技術(shù)的某些局限性成為關(guān)注的焦點(diǎn)。

一個(gè)問(wèn)題是，對(duì)于粘性粉體而言，剪切測(cè)試最為適合，也最精確。對(duì)于粘性的材料，測(cè)得的剪切力相對(duì)較大。然而對(duì)于非粘性的樣品，剪切力則逐漸減小，此時(shí)測(cè)得的結(jié)果——流動(dòng)函數(shù)對(duì)應(yīng)的“自由流動(dòng)”范疇則成為主要參數(shù)，涵蓋了廣泛的自由流動(dòng)行為，可見(jiàn)剪切測(cè)試不像動(dòng)態(tài)表征那樣具有區(qū)分性（參見(jiàn)下圖）。

另一個(gè)更加重要的問(wèn)題無(wú)疑是，剪切測(cè)試期間所使用的條件并不能代表流化床或重力下料。對(duì)于某些工藝而言，粉體對(duì)空氣的響應(yīng)至關(guān)重要，這也不能使用剪切分析直接研究。更廣泛地說(shuō)，試圖從剪切數(shù)據(jù)中推斷出與測(cè)試環(huán)境明顯不同的真實(shí)條件下的粉體行為，這種的做法可謂既不精確，又不高效。

本文意圖并不在于爭(zhēng)論剪切測(cè)試其設(shè)計(jì)目的和價(jià)值，事實(shí)上，剪切測(cè)試也確實(shí)幫助人們深入了解以及普遍研究粉體性質(zhì)，確實(shí)發(fā)揮了重要的作用。然而剪切分析已經(jīng)開(kāi)始達(dá)到極限，所以我還是認(rèn)為綜合測(cè)試并且采用其他的測(cè)試方法（特別是動(dòng)態(tài)測(cè)試）更適合表征粉體。認(rèn)識(shí)到這些局限并采用最合適的表征技術(shù)才是最為關(guān)鍵的，只有這樣加工業(yè)者才能夠?qū)崿F(xiàn)更為高效的生產(chǎn)。

圖為麥克儀器旗下富瑞曼科技 FT4粉體流變儀?-粉體流量測(cè)試儀

英國(guó)富瑞曼科技作為美國(guó)麥克儀器子公司，專(zhuān)注于研究測(cè)量粉體流動(dòng)性的系統(tǒng)并具有超過(guò)15年的粉體及粉體流動(dòng)性表征經(jīng)驗(yàn)。專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)為公司所有產(chǎn)品提供廣泛且有效的支持

富瑞曼儀器系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，提供的數(shù)據(jù)最大限度地提高了工藝和產(chǎn)品的理解，加速了研發(fā)和配方的成功商業(yè)化，并支持粉體工藝的長(zhǎng)期優(yōu)化

富瑞曼科技總部位于英國(guó)格洛斯特郡，在全球主要地區(qū)擁有運(yùn)營(yíng)中心和分銷(xiāo)合作伙伴。公司曾榮獲“女王國(guó)際貿(mào)易企業(yè)獎(jiǎng)”。

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