一種粉體團聚性能的評價裝置及評價方法與流程

本發明屬于粉體制備技術領域，更具體地講，涉及一種粉體團聚性能的評價裝置及評價方法。

背景技術：

目前針對粉體團聚性能測試的相關技術的報道較少，據《化學品防結塊研究》文獻中闡述，目前量化表征粉體團聚性能的方法并不多，常用的方法一般有針刺法、傾斜法和吸濕性法。前兩種方法主觀性強，缺少量化指標；后一種方法認為粉體越易結塊，其吸濕性就越強，但并不是所有物料的結塊性都與其吸濕性呈正相關。

現有技術對團聚強度的測試主要依據是壓坯密度-壓力法原理和壓坯密度-剪切法原理。壓坯密度-壓力法原理，即含有團聚體的粉體材料在靜壓成形的過程中，壓坯密度與壓力對數的關系曲線成轉折直線關系，在低壓下，關系曲線代表“團聚體”重排，在這一過程中，“團聚體”的結構沒有發生變化，而高壓下的關系曲線則代表“團聚體”的解體(結構被破壞)，兩條關系直線的交點，即轉折點對應的臨界壓力為“團聚體”的破碎壓力，此壓力即定義為“團聚體”的團聚強度。壓坯密度-剪切法原理，即含有團聚體的粉體材料在一定的壓力下，在垂直于壓力的方向上對粉體進行剪切運動時，當剪切運動穩定后，所需要的剪切力即是破壞粉體團聚體的最小力，此時粉體壓力與剪切力成直線函數關系，當粉體壓力為零時得到的剪切力即是團聚體的剪切力，此剪切力定義為團聚體的團聚強度。但上述兩種原理所設計的檢測設備存在不足與缺陷，例如樣品預處理的過程復雜，測試結果的準確性很大程度上依賴操作人員的操作水平和操作經驗，檢測設備較為復雜且昂貴，測試過程復雜且應用領域受限制。

專利cn101458185a公開的一種測量超細和納米碳化鎢粉末中團聚體結合強度的方法中，提供一種測量超細或納米碳化鎢粉末中“團聚體”內一次顆粒結合強度的方法。通過在萬能力學實驗機上，在單向或雙向連續的鋼或硬質合金壓縮模具中加入超細或納米碳化鎢粉體，根據計算機自動記錄的壓縮過程中的壓力與位移，做壓坯密度與壓力的關系曲線，確定轉折點處表觀的臨界壓力，根據“團聚體”相對密度等算出“團聚體”間的孔隙度，最后結合臨界壓力計算出碳化鎢一次顆粒的團聚強度。

專利cn105510134a公開的一種粉體強度測試儀以及美國專利us7451666公開的一種測試粉體團聚強度、粘度、摩擦力裝置及方法中，均是采用的壓坯密度-壓力法。

專利cn105692210a公開的一種動態粉體流動行為分析儀的方法中，測試時在剪切蓋上放上重物作為正壓力，在剪切環與基環之間的剪切面上一個電機驅動的推桿作用在剪切蓋的頂針上，推動剪切環做剪切運動。設置在桿上的力傳感器得到剪切力信號，利用剪切力和壓力的函數關系推得粉體團聚強度、內摩擦角等粉體流動性特征。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種能夠更加直接、有效、準確地表征粉體團聚情況且便攜實用的評價裝置及評價方法。

本發明一方面提供了粉體團聚性能的評價裝置，所述評價裝置包括樣品槽、壓桶和負載物；

所述樣品槽上端敞口且下端封閉，所述樣品槽的內腔為樣品池；

所述壓桶的下端設置有下壓網，所述壓桶具有與所述樣品槽相匹配的外形和尺寸，使得壓桶能夠放入樣品槽中并基本覆蓋所述樣品池；

所述負載物水平放置于所述壓桶的上端面上。

根據本發明粉體團聚性能的評價裝置的一個實施例，所述壓桶的高度大于或等于所述樣品槽的高度，所述樣品槽的橫截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、長方形、菱形或梯形，所述壓桶的橫截面形狀為與樣品槽相匹配的圓形、橢圓形、正方形、長方形、菱形或梯形。

根據本發明粉體團聚性能的評價裝置的一個實施例，所述樣品槽為圓筒結構且樣品槽的內徑為30～580mm，高度為30～600mm，壁厚為0.01～5.5mm。

根據本發明粉體團聚性能的評價裝置的一個實施例，所述壓桶為圓筒結構且壓桶的外徑為20～400mm，高度為40～700mm，壁厚為0.05～5.5mm；所述壓桶的下端面為下壓網，下壓網的切絲厚度為0.01-2.00mm；所述壓桶的外壁上設置有高度標尺，其中，所述高度標尺的刻度數值從下往上標示且壓桶最底處的刻度數值為0mm。

根據本發明粉體團聚性能的評價裝置的一個實施例，所述負載物是質量為10g～50kg的重物。

根據本發明粉體團聚性能的評價裝置的一個實施例，所述下壓網覆蓋所述壓桶的整個橫截面，所述下壓網的孔徑為2～20mm。

本發明的另一方面公開了粉體團聚性能的評價方法，采用上述粉體團聚性能的評價裝置進行粉體團聚性能的評價。

根據本發明粉體團聚性能的評價方法的一個實施例，包括以下步驟：

a、將粉體材料倒入樣品池中并將樣品池內的粉體材料表面刮平，其中，控制粉體材料的加入量為樣品池容積的1/2～2/3；

b、將壓桶輕放在粉體材料表面并垂直立穩，根據粉體材料團聚的強弱選擇預定質量的負載物并將負載物放在壓桶的上端面上；

c、壓桶在負載物的重力作用下被壓入粉體材料中，待壓桶的下壓深度不再變化時，記錄壓桶切入粉體材料的深度；

d、根據負載物重力與壓桶的切入深度和壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積切絲的橫向截面積，利用下式1計算所述粉體材料的團聚性能值：

其中，a為粉體材料的團聚性能值，n/cm³；m1為負載物的質量，kg；m2為壓桶的質量，kg；g為重力加速度9.8m/s²；s為下壓網切絲的直徑與下壓網切絲總長度的乘積，cm²；h為壓桶切入粉體材料的深度，cm。

根據本發明粉體團聚性能的評價方法的一個實施例，當所述粉體材料團聚程度輕時，粉體材料測試所得a值較小；當所述粉體材料團聚程度嚴重時，粉體材料測試所得a值與團聚程度輕的粉體材料的a值相比明顯增大。團聚性能值a是一個與粉體材料剪切力和壓網阻力相關的綜合值，能真實反映粉體材料團聚情況。

本發明粉體團聚性能的評價裝置和評價方法通過在確定尺寸的評價裝置條件下測得的粉體材料團聚性能值的大小來表征粉體團聚性能的強弱，不僅測試過程快速且反應的粉體團聚性能情況準確可靠，而且評價裝置便攜、實用且可帶入生產一線、庫房等進行隨時隨地檢測，本發明適用于幾乎所有粉體產品的團聚性能評價，應用范圍廣泛。

附圖說明

圖1示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置在下壓前的結構示意圖。

圖2示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置在下壓后的結構示意圖。

圖3示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置中壓桶下壓網的結構示意圖。

圖4示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置中壓桶上端面的結構示意圖。

附圖標記說明：

1-樣品槽、2-樣品池、3-壓桶、4-壓桶上端面、5-下壓網、6-排氣孔。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

大體上來講，本發明的粉體團聚性能評價裝置和評價方法實際上是區別于現有技術而提出的一種簡化的粉體團聚性能評價裝置和方法，采用本發明的評價裝置和評價方法可以很好地反映粉體材料的團聚特性。具體地，本發明中所提及的粉體團聚性能是通過粉體單位體積上所能承受壓力的大小來定義和表征的。與現有技術相比，本發明能夠更為直接有效地表征粉體的團聚情況，并且能夠對粉體團聚性能進行量化表征，具有設備簡單便攜、測試快速方便和利于拓寬應用領域等多方面優點。

下面先對本發明粉體團聚性能的評價裝置的結構和原理進行詳細說明。

圖1示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置在下壓前的結構示意圖，圖2示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置在下壓后的結構示意圖，圖3示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置中壓桶下壓網的結構示意圖，圖4示出了根據本發明示例性實施例的粉體團聚性能的評價裝置中壓桶上端面的結構示意圖。

如圖1至圖4所示，根據本發明的示例性實施例，所述粉體團聚性能的評價裝置包括樣品槽1、壓桶3和負載物(未示出)，其中，樣品槽1用于盛放粉體材料，壓桶3用于對粉體材料下壓而獲得計算粉體團聚性能的數據，負載物則向壓桶3提供合理的下壓壓力。

具體地，樣品槽1上端敞口且下端封閉，樣品槽1的內腔為樣品池2，粉體材料則可以放置在樣品池2中，樣品槽1可以由塑料、金屬等的材料制成，其橫截面形狀可以為圓形、橢圓形、正方形、長方形、菱形或梯形。根據本發明的一個實施例，樣品槽1為圓筒結構且內徑為30～580mm，高度為30～600mm，壁厚為0.01～5.5mm。

壓桶3上端設置有用于盛放負載物的壓桶上端面4且下端設置有下壓網5，壓桶3具有與樣品槽1相匹配的外形和尺寸，使得壓桶3能夠放入樣品槽1中并基本覆蓋樣品池2，壓桶3也可以由塑料、金屬等材料制成，其橫截面形狀可以為與樣品槽1相匹配的圓形、橢圓形、正方形、長方形、菱形或梯形。其中，下壓網5為具有多個網格的網狀結構，并且下壓網5設置為覆蓋壓桶3的整個橫截面。在壓桶3下壓時，下壓網5會在負載物的重力作用下對粉體進行剪切，粉體的團聚性能越強，則其對下壓網5的剪切作用阻礙越強，則壓桶3的下壓深度會較小；粉體的團聚性能越弱，則其對下壓網5的剪切作用阻礙越弱，則壓桶3的切入深度會較大，從而能夠反應出粉體的團聚性能。優選地，下壓網5的孔徑為2～20mm。

此外，壓桶3的高度優選地大于或等于樣品槽1的高度以避免壓桶3完全沉入樣品槽1的樣品池2中。并且，優選地在壓桶3的上端面設置排氣孔6，以將擠壓粉體時擠出的氣體排出，其中，排氣孔6設置在壓桶3的上端面4上。根據本發明的一個實施例，下壓單元為圓筒結構且外徑為20～400mm，高度為30～700mm，壁厚為0.05～5.5mm。并且，為了便于讀數和獲取下壓深度，壓桶3的外壁上還設置有高度標尺(未示出)，其中，高度標尺的刻度數值從下往上標示且壓桶最底處的刻度數值為0mm，精度可以精確到毫米。

壓桶上端面4用于放置和固定負載物，優選地，壓桶上端面4的直徑為20～380mm，深度為0.5～50mm；負載物是質量為10g～50kg的重物。

以上僅為對本發明示例性實施例的評價裝置的結構進行的示例性說明，本領域技術人員可以根據粉體的性能參數進行評價裝置結構和尺寸的微調，以使評價裝置能夠更加適用于某一種粉體團聚性能的檢測。

根據本發明，對于確定的評價裝置，其下壓網的長度與直徑的乘積s固定，則在固定壓力作用下，切入粉體的深度可間接表征粉體材料的團聚性能值。

接下來對本發明粉體團聚性能的評價方法進行具體說明。根據本發明的示例性實施例，所述評價方法采用了上述粉體團聚性能的評價裝置進行粉體團聚性能的評價，該評價方法具體包括以下步驟：

a、將粉體材料倒入樣品池2中并將樣品池2內的粉體材料表面刮平，其中，控制粉體材料的加入量為樣品池2容積的1/2～2/3。

b、將壓桶3輕放在粉體材料表面并垂直立穩，根據粉體材料團聚的強弱選擇預定質量的負載物并將負載物放在壓桶3的上端面中。

c、壓桶3在負載物的重力作用下被壓入粉體材料中，待壓桶3的下壓深度不再變化時，記錄壓桶3的切入粉體材料的深度。

d、根據負載物重力與壓桶的切入深度和壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積并利用下式1計算粉體材料的團聚性能值：

其中，a為粉體材料的團聚性能值，n/cm³；m1為負載物的質量，kg；m2為壓桶的質量，kg；g為重力加速度9.8m/s²；s為下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積，cm²；h為壓桶切入粉體材料的深度，cm。

其中，下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積s是根據切絲的直徑和切絲的總長度計算得到。事實上，在采用同一個評價裝置進行粉體團聚性能檢測和評價時，下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積s相當于是一個常數。則在固定壓力作用下，切入粉體的深度可以間接表征粉體材料的團聚性能值。

根據本發明，粉體材料的團聚性能值a的大小在確定尺寸的評價裝置條件下能反映粉體材料團聚程度，粉體材料測試的a值越小其團聚程度越輕，粉體材料測試的a值越大其團聚程度越嚴重。也即，當粉體材料團聚程度輕時，粉體材料測試所得a值較小；當粉體材料團聚程度嚴重時，粉體材料測試所得a值與團聚程度輕的粉體材料的a值相比明顯增大。

應理解，本發明詳述的上述實施方式及以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明的保護范圍。

下面結合具體實施例對本發明粉體團聚性能的評價裝置及評價方法作進一步說明。

實施例1：

評價裝置：樣品槽的內徑為100mm，高度為150mm，壁厚為0.5mm，聚四氟乙烯材質；壓桶的外徑為90mm，高度為160mm，壁厚為0.3mm，重量為340g，上端面用于放置負載物，不銹鋼材質；負載物為100g的重物。其中，壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積為0.027cm²。

取1#團聚程度較輕的粉體材料，將粉體材料倒至樣品池內2/3容積處，用卡片將樣品池內的粉體材料刮平，然后將壓桶輕輕置于粉體材料表面立穩；在壓桶上端面中水平放上100g重物，壓桶在負載物的重力作用下切入粉體材料中，待壓桶的下壓深度不再變化時，記錄壓桶的切入深度為14.0cm。最后，根據上式1計算得到粉體材料的團聚性能值：

實施例2：

評價裝置：樣品槽的內徑為100mm，高度為150mm，壁厚為0.5mm，聚四氟乙烯材質；壓桶的外徑為90mm，高度為160mm，壁厚為0.3mm，重量為340g，上端面用于放置負載物，不銹鋼材質；負載物為100g的重物。其中，壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積為0.027cm²。

取2#團聚程度嚴重的粉體材料，將粉體材料倒至樣品池內2/3容積處，用卡片將樣品池內的粉體材料刮平，然后將壓桶輕輕置于粉體材料表面立穩；在壓桶上端面中水平放上100g重物，壓桶在負載物的重力作用下切入粉體材料中，待壓桶的下壓深度不再變化時，記錄壓桶的切入深度為3.0cm。最后，根據上式1計算得到粉體材料的團聚性能值：

實施例3：

評價裝置：樣品槽的內徑為160mm，高度為200mm，壁厚為0.5mm，聚四氟乙烯材質；壓桶的外徑為150mm，高度為220mm，壁厚為0.3mm，重量為340g，上端面用于放置負載物，不銹鋼材質；負載物為100g的重物。其中，壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積為0.035cm²。

取3#團聚程度較輕的粉體材料，將粉體材料倒至樣品池內2/3容積處，用卡片將樣品池內的粉體材料刮平，然后將壓桶輕輕置于粉體材料表面立穩；在壓桶上端面中水平放上100g重物，壓桶在負載物的重力作用下切入粉體材料中，待壓桶的下壓深度不再變化時，記錄壓桶的切入深度為10.8cm。最后，根據上式1計算得到粉體材料的團聚性能值：

實施例4：

評價裝置：樣品槽的內徑為160mm，高度為200mm，壁厚為0.5mm，聚四氟乙烯材質；壓桶的外徑為150mm，高度為220mm，壁厚為0.3mm，重量為340g，上端面用于放置負載物，不銹鋼材質；負載物為100g的重物。其中，壓桶的下壓網切絲直徑與下壓網切絲總長度的乘積為0.035cm²。

取4#團聚程度嚴重的粉體材料，將粉體材料倒至樣品池內2/3容積處，用卡片將樣品池內的粉體材料刮平，然后將壓桶輕輕置于粉體材料表面立穩；在壓桶上端面中水平放上100g重物，壓桶在負載物的重力作用下切入粉體材料中，待壓桶的下壓深度不再變化時，記錄壓桶的切入深度為2.8cm。最后，根據上式1計算得到粉體材料的團聚性能值：

根據實施例1至4的測試結果可以看出，粉體材料的團聚程度越嚴重，測得的a值越大，粉體材料的團聚程度越輕，測得的a值越小，也即采用本發明的評價裝置及評價方法能夠較為準確地反應粉體材料的團聚性能，評價方式有效。

綜上所述，本發明粉體團聚性能的評價裝置和評價方法通過在確定尺寸的評價裝置條件下測得的粉體材料團聚性能值的大小來表征粉體團聚性能的強弱，不僅測試過程快速且反應的粉體團聚性能情況準確可靠，而且評價裝置便攜、實用且可帶入生產一線、庫房等進行隨時隨地檢測，本發明適用于幾乎所有粉體產品的團聚性能評價，應用范圍廣泛。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。