CN106969984A - 一种粉体团聚性能的评价装置及评价方法 - Google Patents

一种粉体团聚性能的评价装置及评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉体团聚性能的评价装置和评价方法，评价装置包括样品槽、压桶和负载物；所述样品槽上端敞口且下端封闭，所述样品槽的内腔为样品池；所述压桶的下端设置有下压网，所述压桶具有与所述样品槽相匹配的外形和尺寸，使得压桶能够导入样品槽中并基本覆盖所述样品池；所述负载物水平放置于所述压桶的上端面上。本发明通过在确定尺寸的评价装置条件下测得的粉体材料团聚性能值的大小来表征粉体团聚性能的强弱，测试过程快速且准确可靠，而且评价装置便携、实用，本发明适用于几乎所有粉体产品的团聚性能评价，应用范围广泛。

Description

一种粉体团聚性能的评价装置及评价方法
技术领域
本发明属于粉体制备技术领域，更具体地讲，涉及一种粉体团聚性能的评价装置及评价方法。
背景技术
目前针对粉体团聚性能测试的相关技术的报道较少，据《化学品防结块研究》文献中阐述，目前量化表征粉体团聚性能的方法并不多，常用的方法一般有针刺法、倾斜法和吸湿性法。前两种方法主观性强，缺少量化指标；后一种方法认为粉体越易结块，其吸湿性就越强，但并不是所有物料的结块性都与其吸湿性呈正相关。
现有技术对团聚强度的测试主要依据是压坯密度-压力法原理和压坯密度-剪切法原理。压坯密度-压力法原理，即含有团聚体的粉体材料在静压成形的过程中，压坯密度与压力对数的关系曲线成转折直线关系，在低压下，关系曲线代表“团聚体”重排，在这一过程中，“团聚体”的结构没有发生变化，而高压下的关系曲线则代表“团聚体”的解体(结构被破坏)，两条关系直线的交点，即转折点对应的临界压力为“团聚体”的破碎压力，此压力即定义为“团聚体”的团聚强度。压坯密度-剪切法原理，即含有团聚体的粉体材料在一定的压力下，在垂直于压力的方向上对粉体进行剪切运动时，当剪切运动稳定后，所需要的剪切力即是破坏粉体团聚体的最小力，此时粉体压力与剪切力成直线函数关系，当粉体压力为零时得到的剪切力即是团聚体的剪切力，此剪切力定义为团聚体的团聚强度。但上述两种原理所设计的检测设备存在不足与缺陷，例如样品预处理的过程复杂，测试结果的准确性很大程度上依赖操作人员的操作水平和操作经验，检测设备较为复杂且昂贵，测试过程复杂且应用领域受限制。
专利CN101458185A公开的一种测量超细和纳米碳化钨粉末中团聚体结合强度的方法中，提供一种测量超细或纳米碳化钨粉末中“团聚体”内一次颗粒结合强度的方法。通过在万能力学实验机上，在单向或双向连续的钢或硬质合金压缩模具中加入超细或纳米碳化钨粉体，根据计算机自动记录的压缩过程中的压力与位移，做压坯密度与压力的关系曲线，确定转折点处表观的临界压力，根据“团聚体”相对密度等算出“团聚体”间的孔隙度，最后结合临界压力计算出碳化钨一次颗粒的团聚强度。
专利CN105510134A公开的一种粉体强度测试仪以及美国专利US7451666公开的一种测试粉体团聚强度、粘度、摩擦力装置及方法中，均是采用的压坯密度-压力法。
专利CN105692210A公开的一种动态粉体流动行为分析仪的方法中，测试时在剪切盖上放上重物作为正压力，在剪切环与基环之间的剪切面上一个电机驱动的推杆作用在剪切盖的顶针上，推动剪切环做剪切运动。设置在杆上的力传感器得到剪切力信号，利用剪切力和压力的函数关系推得粉体团聚强度、内摩擦角等粉体流动性特征。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够更加直接、有效、准确地表征粉体团聚情况且便携实用的评价装置及评价方法。
本发明一方面提供了粉体团聚性能的评价装置，所述评价装置包括样品槽、压桶和负载物；
所述样品槽上端敞口且下端封闭，所述样品槽的内腔为样品池；
所述压桶的下端设置有下压网，所述压桶具有与所述样品槽相匹配的外形和尺寸，使得压桶能够放入样品槽中并基本覆盖所述样品池；
所述负载物水平放置于所述压桶的上端面上。
根据本发明粉体团聚性能的评价装置的一个实施例，所述压桶的高度大于或等于所述样品槽的高度，所述样品槽的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形，所述压桶的横截面形状为与样品槽相匹配的圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形。
根据本发明粉体团聚性能的评价装置的一个实施例，所述样品槽为圆筒结构且样品槽的内径为30～580mm，高度为30～600mm，壁厚为0.01～5.5mm。
根据本发明粉体团聚性能的评价装置的一个实施例，所述压桶为圆筒结构且压桶的外径为20～400mm，高度为40～700mm，壁厚为0.05～5.5mm；所述压桶的下端面为下压网，下压网的切丝厚度为0.01-2.00mm；所述压桶的外壁上设置有高度标尺，其中，所述高度标尺的刻度数值从下往上标示且压桶最底处的刻度数值为0mm。
根据本发明粉体团聚性能的评价装置的一个实施例，所述负载物是质量为10g～50kg的重物。
根据本发明粉体团聚性能的评价装置的一个实施例，所述下压网覆盖所述压桶的整个横截面，所述下压网的孔径为2～20mm。
本发明的另一方面公开了粉体团聚性能的评价方法，采用上述粉体团聚性能的评价装置进行粉体团聚性能的评价。
根据本发明粉体团聚性能的评价方法的一个实施例，包括以下步骤：
A、将粉体材料倒入样品池中并将样品池内的粉体材料表面刮平，其中，控制粉体材料的加入量为样品池容积的1/2～2/3；
B、将压桶轻放在粉体材料表面并垂直立稳，根据粉体材料团聚的强弱选择预定质量的负载物并将负载物放在压桶的上端面上；
C、压桶在负载物的重力作用下被压入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶切入粉体材料的深度；
D、根据负载物重力与压桶的切入深度和压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积切丝的横向截面积，利用下式1计算所述粉体材料的团聚性能值：
其中，A为粉体材料的团聚性能值，N/cm3；m1为负载物的质量，Kg；m2为压桶的质量，Kg；g为重力加速度9.8m/s2；S为下压网切丝的直径与下压网切丝总长度的乘积，cm2；h为压桶切入粉体材料的深度，cm。
根据本发明粉体团聚性能的评价方法的一个实施例，当所述粉体材料团聚程度轻时，粉体材料测试所得A值较小；当所述粉体材料团聚程度严重时，粉体材料测试所得A值与团聚程度轻的粉体材料的A值相比明显增大。团聚性能值A是一个与粉体材料剪切力和压网阻力相关的综合值，能真实反映粉体材料团聚情况。
本发明粉体团聚性能的评价装置和评价方法通过在确定尺寸的评价装置条件下测得的粉体材料团聚性能值的大小来表征粉体团聚性能的强弱，不仅测试过程快速且反应的粉体团聚性能情况准确可靠，而且评价装置便携、实用且可带入生产一线、库房等进行随时随地检测，本发明适用于几乎所有粉体产品的团聚性能评价，应用范围广泛。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置在下压前的结构示意图。
图2示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置在下压后的结构示意图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置中压桶下压网的结构示意图。
图4示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置中压桶上端面的结构示意图。
附图标记说明：
1-样品槽、2-样品池、3-压桶、4-压桶上端面、5-下压网、6-排气孔。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
大体上来讲，本发明的粉体团聚性能评价装置和评价方法实际上是区别于现有技术而提出的一种简化的粉体团聚性能评价装置和方法，采用本发明的评价装置和评价方法可以很好地反映粉体材料的团聚特性。具体地，本发明中所提及的粉体团聚性能是通过粉体单位体积上所能承受压力的大小来定义和表征的。与现有技术相比，本发明能够更为直接有效地表征粉体的团聚情况，并且能够对粉体团聚性能进行量化表征，具有设备简单便携、测试快速方便和利于拓宽应用领域等多方面优点。
下面先对本发明粉体团聚性能的评价装置的结构和原理进行详细说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置在下压前的结构示意图，图2示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置在下压后的结构示意图，图3示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置中压桶下压网的结构示意图，图4示出了根据本发明示例性实施例的粉体团聚性能的评价装置中压桶上端面的结构示意图。
如图1至图4所示，根据本发明的示例性实施例，所述粉体团聚性能的评价装置包括样品槽1、压桶3和负载物(未示出)，其中，样品槽1用于盛放粉体材料，压桶3用于对粉体材料下压而获得计算粉体团聚性能的数据，负载物则向压桶3提供合理的下压压力。
具体地，样品槽1上端敞口且下端封闭，样品槽1的内腔为样品池2，粉体材料则可以放置在样品池2中，样品槽1可以由塑料、金属等的材料制成，其横截面形状可以为圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形。根据本发明的一个实施例，样品槽1为圆筒结构且内径为30～580mm，高度为30～600mm，壁厚为0.01～5.5mm。
压桶3上端设置有用于盛放负载物的压桶上端面4且下端设置有下压网5，压桶3具有与样品槽1相匹配的外形和尺寸，使得压桶3能够放入样品槽1中并基本覆盖样品池2，压桶3也可以由塑料、金属等材料制成，其横截面形状可以为与样品槽1相匹配的圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形。其中，下压网5为具有多个网格的网状结构，并且下压网5设置为覆盖压桶3的整个横截面。在压桶3下压时，下压网5会在负载物的重力作用下对粉体进行剪切，粉体的团聚性能越强，则其对下压网5的剪切作用阻碍越强，则压桶3的下压深度会较小；粉体的团聚性能越弱，则其对下压网5的剪切作用阻碍越弱，则压桶3的切入深度会较大，从而能够反应出粉体的团聚性能。优选地，下压网5的孔径为2～20mm。
此外，压桶3的高度优选地大于或等于样品槽1的高度以避免压桶3完全沉入样品槽1的样品池2中。并且，优选地在压桶3的上端面设置排气孔6，以将挤压粉体时挤出的气体排出，其中，排气孔6设置在压桶3的上端面4上。根据本发明的一个实施例，下压单元为圆筒结构且外径为20～400mm，高度为30～700mm，壁厚为0.05～5.5mm。并且，为了便于读数和获取下压深度，压桶3的外壁上还设置有高度标尺(未示出)，其中，高度标尺的刻度数值从下往上标示且压桶最底处的刻度数值为0mm，精度可以精确到毫米。
压桶上端面4用于放置和固定负载物，优选地，压桶上端面4的直径为20～380mm，深度为0.5～50mm；负载物是质量为10g～50kg的重物。
以上仅为对本发明示例性实施例的评价装置的结构进行的示例性说明，本领域技术人员可以根据粉体的性能参数进行评价装置结构和尺寸的微调，以使评价装置能够更加适用于某一种粉体团聚性能的检测。
根据本发明，对于确定的评价装置，其下压网的长度与直径的乘积S固定，则在固定压力作用下，切入粉体的深度可间接表征粉体材料的团聚性能值。
接下来对本发明粉体团聚性能的评价方法进行具体说明。根据本发明的示例性实施例，所述评价方法采用了上述粉体团聚性能的评价装置进行粉体团聚性能的评价，该评价方法具体包括以下步骤：
A、将粉体材料倒入样品池2中并将样品池2内的粉体材料表面刮平，其中，控制粉体材料的加入量为样品池2容积的1/2～2/3。
B、将压桶3轻放在粉体材料表面并垂直立稳，根据粉体材料团聚的强弱选择预定质量的负载物并将负载物放在压桶3的上端面中。
C、压桶3在负载物的重力作用下被压入粉体材料中，待压桶3的下压深度不再变化时，记录压桶3的切入粉体材料的深度。
D、根据负载物重力与压桶的切入深度和压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积并利用下式1计算粉体材料的团聚性能值：
其中，A为粉体材料的团聚性能值，N/cm3；m1为负载物的质量，Kg；m2为压桶的质量，Kg；g为重力加速度9.8m/s2；S为下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积，cm2；h为压桶切入粉体材料的深度，cm。
其中，下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积S是根据切丝的直径和切丝的总长度计算得到。事实上，在采用同一个评价装置进行粉体团聚性能检测和评价时，下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积S相当于是一个常数。则在固定压力作用下，切入粉体的深度可以间接表征粉体材料的团聚性能值。
根据本发明，粉体材料的团聚性能值A的大小在确定尺寸的评价装置条件下能反映粉体材料团聚程度，粉体材料测试的A值越小其团聚程度越轻，粉体材料测试的A值越大其团聚程度越严重。也即，当粉体材料团聚程度轻时，粉体材料测试所得A值较小；当粉体材料团聚程度严重时，粉体材料测试所得A值与团聚程度轻的粉体材料的A值相比明显增大。
应理解，本发明详述的上述实施方式及以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例对本发明粉体团聚性能的评价装置及评价方法作进一步说明。
实施例1：
评价装置：样品槽的内径为100mm，高度为150mm，壁厚为0.5mm，聚四氟乙烯材质；压桶的外径为90mm，高度为160mm，壁厚为0.3mm，重量为340g，上端面用于放置负载物，不锈钢材质；负载物为100g的重物。其中，压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积为0.027cm2。
取1#团聚程度较轻的粉体材料，将粉体材料倒至样品池内2/3容积处，用卡片将样品池内的粉体材料刮平，然后将压桶轻轻置于粉体材料表面立稳；在压桶上端面中水平放上100g重物，压桶在负载物的重力作用下切入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶的切入深度为14.0cm。最后，根据上式1计算得到粉体材料的团聚性能值：
实施例2：
评价装置：样品槽的内径为100mm，高度为150mm，壁厚为0.5mm，聚四氟乙烯材质；压桶的外径为90mm，高度为160mm，壁厚为0.3mm，重量为340g，上端面用于放置负载物，不锈钢材质；负载物为100g的重物。其中，压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积为0.027cm2。
取2#团聚程度严重的粉体材料，将粉体材料倒至样品池内2/3容积处，用卡片将样品池内的粉体材料刮平，然后将压桶轻轻置于粉体材料表面立稳；在压桶上端面中水平放上100g重物，压桶在负载物的重力作用下切入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶的切入深度为3.0cm。最后，根据上式1计算得到粉体材料的团聚性能值：
实施例3：
评价装置：样品槽的内径为160mm，高度为200mm，壁厚为0.5mm，聚四氟乙烯材质；压桶的外径为150mm，高度为220mm，壁厚为0.3mm，重量为340g，上端面用于放置负载物，不锈钢材质；负载物为100g的重物。其中，压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积为0.035cm2。
取3#团聚程度较轻的粉体材料，将粉体材料倒至样品池内2/3容积处，用卡片将样品池内的粉体材料刮平，然后将压桶轻轻置于粉体材料表面立稳；在压桶上端面中水平放上100g重物，压桶在负载物的重力作用下切入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶的切入深度为10.8cm。最后，根据上式1计算得到粉体材料的团聚性能值：
实施例4：
评价装置：样品槽的内径为160mm，高度为200mm，壁厚为0.5mm，聚四氟乙烯材质；压桶的外径为150mm，高度为220mm，壁厚为0.3mm，重量为340g，上端面用于放置负载物，不锈钢材质；负载物为100g的重物。其中，压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积为0.035cm2。
取4#团聚程度严重的粉体材料，将粉体材料倒至样品池内2/3容积处，用卡片将样品池内的粉体材料刮平，然后将压桶轻轻置于粉体材料表面立稳；在压桶上端面中水平放上100g重物，压桶在负载物的重力作用下切入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶的切入深度为2.8cm。最后，根据上式1计算得到粉体材料的团聚性能值：
根据实施例1至4的测试结果可以看出，粉体材料的团聚程度越严重，测得的A值越大，粉体材料的团聚程度越轻，测得的A值越小，也即采用本发明的评价装置及评价方法能够较为准确地反应粉体材料的团聚性能，评价方式有效。
综上所述，本发明粉体团聚性能的评价装置和评价方法通过在确定尺寸的评价装置条件下测得的粉体材料团聚性能值的大小来表征粉体团聚性能的强弱，不仅测试过程快速且反应的粉体团聚性能情况准确可靠，而且评价装置便携、实用且可带入生产一线、库房等进行随时随地检测，本发明适用于几乎所有粉体产品的团聚性能评价，应用范围广泛。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述评价装置包括样品槽、压桶和负载物；
所述样品槽上端敞口且下端封闭，所述样品槽的内腔为样品池；
所述压桶的下端设置有下压网，所述压桶具有与所述样品槽相匹配的外形和尺寸，使得压桶能够导入样品槽中并覆盖所述样品池；所述负载物水平放置于所述压桶的上端面上。
2.根据权利要求1所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述压桶的高度大于或等于所述样品槽的高度，所述样品槽的横截面形状为圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形，所述压桶的横截面形状为与样品盛装单元相匹配的圆形、椭圆形、正方形、长方形、菱形或梯形。
3.根据权利要求1所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述压桶的上端面上设置有排气孔。
4.根据权利要求2所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述样品槽为圆筒结构且样品槽的内径为30～580mm，高度为30～600mm，壁厚为0.01～5.5mm。
5.根据权利要求4所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述压桶为圆筒结构且压桶的外径为20～400mm，高度为40～700mm，壁厚为0.05～5.5mm；所述压桶的外壁上设置有高度标尺，其中，所述高度标尺的刻度数值从下往上标示且压桶最底处的刻度数值为0mm。
6.根据权利要求1所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述负载物是质量为10g～50kg的重物。
7.根据权利要求1所述粉体团聚性能的评价装置，其特征在于，所述下压网覆盖所述压桶的整个横截面，所述下压网的孔径为2～20mm,网丝直径为0.01～2.00mm。
8.一种粉体团聚性能的评价方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述粉体团聚性能的评价装置进行粉体团聚性能的评价。
9.根据权利要求8所述粉体团聚性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将粉体材料倒入样品池中并将样品池内的粉体材料表面刮平，其中，控制粉体材料的加入量为样品池容积的1/2～2/3；
B、将压桶轻放在粉体材料表面并垂直立稳，根据粉体材料团聚的强弱选择预定质量的负载物并将负载物水平放在压桶的上端面上；
C、压桶在负载物的重力作用下被压入粉体材料中，待压桶的下压深度不再变化时，记录压桶切入粉体材料的深度；
D、根据负载物重力与压桶的切入深度和压桶的下压网切丝直径与下压网切丝总长度的乘积，利用下式1计算所述粉体材料的团聚性能值：
其中，A为粉体材料的团聚性能值，N/cm3；m1为负载物的质量，Kg；m2为压桶的质量，Kg；g为重力加速度9.8m/s2；S为下压网切丝的的直径与下压网切丝的总长度的乘积，cm2；h为压桶切入粉体材料的深度，cm。
10.根据权利要求9所述粉体团聚性能的评价方法，其特征在于，所述粉体材料的团聚性能值A的大小在确定尺寸的评价装置条件下能反映粉体材料团聚程度，粉体材料测试的A值越小其团聚程度越轻，粉体材料测试的A值越大其团聚程度越严重。
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