《流變學(xué)和粉體學(xué)》課件

課程簡介《流變學(xué)和粉體學(xué)》是一門綜合性的材料科學(xué)課程,涵蓋了流體力學(xué)和顆粒物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識。通過這門課程,學(xué)生將掌握分散系統(tǒng)的基本性質(zhì),了解流變性和粉體行為的測試方法,并應(yīng)用這些知識解決實(shí)際工程問題。byhpzqamifhr@流變學(xué)的定義和應(yīng)用領(lǐng)域定義流變學(xué)是研究物質(zhì)流動特性的一門科學(xué),涉及液體、半固體和固體材料的變形和流動行為。重要性流變學(xué)在食品、化妝品、制藥、石油化工等行業(yè)廣泛應(yīng)用,可優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝。應(yīng)用領(lǐng)域從日化產(chǎn)品到航空航天材料,流變性都影響著產(chǎn)品性能和制備過程,是關(guān)鍵的基礎(chǔ)科學(xué)。牛頓流體和非牛頓流體的區(qū)別牛頓流體牛頓流體遵循牛頓流體定律,即剪切應(yīng)力與剪切率成正比。它們表現(xiàn)為理想的流動行為,具有恒定的黏度,不會隨剪切率的改變而變化。例如水和空氣。非牛頓流體非牛頓流體的黏度會隨剪切率的改變而發(fā)生變化。它們不遵循牛頓流體定律,表現(xiàn)出復(fù)雜的流動行為。常見的非牛頓流體有淀粉漿、顏料漿、血液和高分子溶液等。流變性曲線的區(qū)別牛頓流體的流變性曲線是一條直線,而非牛頓流體的流變性曲線呈現(xiàn)各種復(fù)雜的形狀,這是兩者最主要的區(qū)別之一。流變性曲線的類型及其特點(diǎn)流變性曲線流變性曲線是表示物質(zhì)流動性質(zhì)的圖像,通過反映流體的剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系。牛頓流體牛頓流體的流變性曲線為一條直線,表示剪切應(yīng)力與剪切速率成正比。代表性物質(zhì)有水、油等。非牛頓流體非牛頓流體的流變性曲線為曲線,表示剪切應(yīng)力與剪切速率之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系。代表性物質(zhì)有乳膠、淀粉等。影響流變性的因素溫度溫度是影響流變性的重要因素。隨著溫度的上升或下降,物質(zhì)的粘度會發(fā)生變化。這可能會改變流動性和可加工性。壓力施加在物質(zhì)上的壓力也會影響其流變性。施加較高壓力會增加摩擦力,從而改變材料的流動特性。成分物質(zhì)的化學(xué)組成和配方會影響其流變學(xué)性質(zhì)。不同的成分比例會導(dǎo)致流變性的差異。時間物質(zhì)在外力作用下隨時間的變化也會表現(xiàn)出不同的流變性。維持一定時間的剪切應(yīng)力可能會改變材料的流動特性。流變學(xué)測試方法及儀器測試方法流變學(xué)主要采用旋轉(zhuǎn)式和振動式兩大類測試方法。旋轉(zhuǎn)式包括毛細(xì)管法和轉(zhuǎn)子法，可測定流體的剪切應(yīng)力、剪切速率和粘度等參數(shù)。振動式包括振蕩法和動態(tài)法，可測定流體的彈性模量、粘彈性等特性。主要儀器常用的流變學(xué)測試儀器有毛細(xì)管粘度計、Brookfield粘度計、動態(tài)應(yīng)力儀、頻率掃描儀等。這些儀器能準(zhǔn)確測量各種液體和半固體材料的流變學(xué)特性。粉體的基本性質(zhì)顆粒大小粉體的顆粒大小從幾納米到幾毫米不等,這影響著其流動性、分散性和溶解性等性質(zhì)。顆粒形狀粉體顆?？沙是蛐巍⑵瑺?、針狀等不同形狀,形狀影響其流動性和粉體的物理性質(zhì)。比表面積粉體的比表面積大,能增強(qiáng)與周圍環(huán)境的反應(yīng),提高其活性和反應(yīng)速度。密度粉體的密度不同,會影響其在溶液或氣體中的沉降性、浮力等物性。粉體的分類及特點(diǎn)按粒子大小分類粉體可分為微粉（1-100μm）、細(xì)粉（100-500μm）和粗粉（500-1000μm）。不同粒度段的粉體在流動性、壓縮性等方面存在顯著差異。按粒子形狀分類粉體顆粒可呈球形、長條形、板狀、不規(guī)則形等。顆粒形狀會影響流動性、沉降性、比表面積等特性。按粒子結(jié)構(gòu)分類粉體可分為致密型、多孔型和團(tuán)聚型。不同結(jié)構(gòu)的粉體在密度、流動性、吸附性等方面有所不同。按物質(zhì)組成分類粉體可由金屬、陶瓷、高分子、藥物等物質(zhì)組成。不同成分的粉體在性質(zhì)和用途上各不相同。粉體的流動性及影響因素易流動性粉體的流動性是指其能否自由流動且不會發(fā)生粘團(tuán)或阻塞。良好的流動性有助于粉體在設(shè)備中順暢傳送和加工。顆粒形狀和大小粉體的顆粒形狀和大小會影響其流動性能。球形和細(xì)小的顆粒通常具有更佳的流動性。表面性質(zhì)粉體的表面特性,如濕潤性、電荷等,會影響顆粒之間的相互作用,從而影響整體的流動性。粉體的壓縮性及測試方法1粉體壓縮性粉體壓縮性是指粉體在受到外力壓縮時體積的變化情況。這是一個重要的粉體性質(zhì),影響著粉體的加工和應(yīng)用。2影響因素粉體壓縮性受到顆粒大小、形狀、表面性質(zhì)、孔隙度等因素的影響。這些因素決定了粉體在受壓時的變形程度。3測試方法常用的測試方法包括壓縮試驗(yàn)、顆粒變形模量測試等。通過這些測試可以獲得粉體的壓縮曲線和壓縮模量等數(shù)據(jù)。4應(yīng)用價值粉體壓縮性數(shù)據(jù)可用于指導(dǎo)粉體成型、壓縮成型、擠出等工藝的設(shè)計和優(yōu)化。對于某些應(yīng)用,合適的壓縮性也是一個重要指標(biāo)。粉體的粒度分布及測試方法粒度分析利用顯微鏡或激光衍射儀等檢測儀器,對粉體樣品進(jìn)行粒度分布的測試和分析。篩分法通過一系列不同孔徑的篩網(wǎng),將粉體樣品按粒徑大小進(jìn)行分級分離,得到粒度分布曲線。沉降法利用粉體在液體中的沉降速度與粒徑大小的關(guān)系,通過沉淀分離和測量獲得粒度分布。粉體的表面性質(zhì)及測試方法比表面積粉體的比表面積決定了其溶解性、吸附性和化學(xué)反應(yīng)活性等特性。通過氣體吸附法、靜電分散法等可以測量粉體的比表面積。粒子形狀粉體粒子的外觀形態(tài)會影響其流動性、包裝性和分散性等性質(zhì)。電子顯微鏡可觀察粉體粒子的形狀和表面形貌。表面化學(xué)性質(zhì)粉體表面的化學(xué)官能團(tuán)決定了其對水的親和力、電荷性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)活性。X射線光電子能譜可分析粉體表面的元素組成。粉體的電性質(zhì)及測試方法電性質(zhì)概述粉體在空氣或其他介質(zhì)中能產(chǎn)生靜電荷,這會影響粉體的流動性、分散性和粘附性等性質(zhì)。了解粉體的電性質(zhì)對于優(yōu)化粉體的處理和加工非常重要。電性質(zhì)測試方法常見的粉體電性質(zhì)測試方法包括靜電荷測試、電導(dǎo)測試、電位差測試等。這些方法可以準(zhǔn)確測量粉體的靜電荷量、導(dǎo)電性和表面電位等特性。粉體的吸附性及測試方法吸附性測試使用各種表面分析儀器,如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜等,觀察粉體的表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)和成分,并測量表面積和孔隙率等參數(shù),以評估粉體的吸附性能。氣體吸附法通過測量氣體在粉體表面的吸附量,如氮?dú)?、氫氣或二氧化碳?可以計算出粉體的比表面積、孔隙率和孔徑分布等特性,從而評估其吸附性。水汽吸附法采用動態(tài)水汽吸附法或靜態(tài)水汽吸附法,測量粉體在不同相對濕度下的吸水量,可以反映其親和水的程度,從而評估其吸附性。粉體的濕潤性及測試方法1定義濕潤性濕潤性是指固體表面被液體完全覆蓋的能力。它反映了粉體與液體之間的親和力。2測試方法常用的測試方法包括接觸角測試、浸潤時間測試和毛細(xì)管上升高度測試等。這些方法可以定量評估粉體的濕潤性。3影響因素粉體的化學(xué)性質(zhì)、表面形態(tài)、粒度大小等都會影響其濕潤性。合理調(diào)控這些因素可以優(yōu)化粉體的濕潤特性。粉體的靜電性及防靜電措施靜電性粉體在流動過程中會產(chǎn)生靜電,這可能導(dǎo)致粉末凝聚、飛揚(yáng)或吸附在容器壁上,影響生產(chǎn)操作。了解粉體的靜電特性非常重要。防靜電措施采取合適的防靜電措施,如使用導(dǎo)電材料、接地設(shè)備、調(diào)節(jié)濕度等,可以有效控制和消除靜電,確保粉體順利流動。測試方法通過靜電電壓測試、靜電衰減時間測試等方法,可以評估粉體的靜電特性,為采取相應(yīng)的防靜電措施提供依據(jù)。粉體的分散穩(wěn)定性及測試方法分散穩(wěn)定性定義粉體在分散介質(zhì)中的懸浮能力和沉淀速率,反映了粉體顆粒之間的相互作用力。測試方法常用測試方法包括沉降分析法、光吸收法和光散射法等,可以測定粉體的分散度和穩(wěn)定性。影響因素顆粒大小、表面性質(zhì)、溶劑性質(zhì)、pH值和離子濃度等都會影響粉體的分散穩(wěn)定性。粉體的可濕性及測試方法測試設(shè)備可濕性測試常用的設(shè)備包括接觸角測量儀、懸滴法測試儀以及其他涂布和浸泡設(shè)備。這些工具可精準(zhǔn)測量粉末與液體之間的接觸角和潤濕特性。測試流程測試時先將粉體樣品置于測試設(shè)備上,滴加少量液體。通過觀察接觸角的變化,可評估粉體的可濕性。同時還可測試浸漬時間、滲透速率等指標(biāo)。數(shù)據(jù)分析通過測試數(shù)據(jù)可分析粉體的潤濕性能,包括接觸角、浸漬時間、潤濕速率等。這些結(jié)果有助于優(yōu)化粉體配方和工藝,提高產(chǎn)品性能。粉體的成型性及測試方法壓縮成型將粉體施加壓力,使其形成所需的幾何形狀。通過測量壓縮力和密度等指標(biāo)評估成型性能。擠出成型利用螺桿將粉體推擠通過模具,制造出所需構(gòu)件。通過分析擠出力和表面質(zhì)量等指標(biāo)評估成型性。振動成型在振動力作用下,粉體填充模具并緊密排列。通過測量振動幅度和填充率等指標(biāo)評估成型效果。粉體的溶解性及測試方法1定義粉體的溶解性是指粉體在溶劑中的可溶性。這是評估粉體質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。2測試方法常用測試方法包括靜態(tài)溶解度測試、動態(tài)溶解度測試、以及復(fù)雜環(huán)境下的溶解度測試。3影響因素粉體的溶解性受到粒子大小、比表面積、結(jié)晶度、pH值等多方面因素的影響。4應(yīng)用粉體的溶解性對于制藥、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過程及產(chǎn)品質(zhì)量控制非常重要。粉體的可溶性及測試方法溶解性測試通過采用標(biāo)準(zhǔn)溶解性測試方法,可以評估粉體在不同溶劑中的溶解性,了解其可溶性特點(diǎn)。這有助于產(chǎn)品配方的優(yōu)化和溶解過程的控制。溶解速率研究粉體的溶解速率可以預(yù)測其在生產(chǎn)和使用過程中的溶解行為,從而指導(dǎo)工藝條件的設(shè)置和產(chǎn)品性能的改善?；瘜W(xué)穩(wěn)定性測試粉體在溶劑中的化學(xué)穩(wěn)定性,有助于了解其在實(shí)際使用環(huán)境中的可靠性和安全性。粉體的可再分散性及測試方法可再分散性可再分散性是指干燥后的粉體能否重新分散或懸浮在液體中的能力。良好的可再分散性可以確保產(chǎn)品使用時穩(wěn)定性和均勻性。測試方法常見的測試方法包括離心沉降試驗(yàn)、靜置沉降試驗(yàn)以及振蕩分散試驗(yàn)。這些方法可以評估粉體在液體中的分散與沉降特性。粉體的流變性及測試方法流變性測試?yán)昧髯儍x等設(shè)備對粉體樣品進(jìn)行精密的流變性測試,可以獲得粉體在不同應(yīng)力或剪切條件下的粘度、屈服點(diǎn)等參數(shù),從而了解粉體的流動性能。自由流動性通過測量粉體自由流動的特性,如流動時間、流量系數(shù)等,可以評估粉體的流動性和可流動性,為工藝應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。壓縮性測試?yán)梅勰嚎s試驗(yàn)可以測定粉體的壓縮性、可塑性等特性,為粉體成型加工提供依據(jù)。粉體的可壓縮性及測試方法可壓縮性定義粉體在受力作用下發(fā)生容積減小的性質(zhì),是評估粉體成型性能的重要指標(biāo)之一。影響因素粒子大小、形狀、表面性質(zhì)、空隙率等均會影響粉體的可壓縮性。測試方法常用測試方法包括壓實(shí)指數(shù)測試、泰勒徑檢測儀測試等,可以定量分析粉體的可壓縮性。粉體的可擠出性及測試方法可擠出性可擠出性是指粉體在受到外力作用下能夠發(fā)生塑性變形并通過一個孔或模具孔道而成形的特性。這是很多加工過程中的重要性能。測試方法常用的測試方法包括擠出試驗(yàn)、配合擠出試驗(yàn)、軟化點(diǎn)測試等。通過這些測試可以評估粉體的可擠出性、軟化溫度等特性。應(yīng)用及意義可擠出性決定了粉體在造粒、塑型等過程中的可加工性。了解粉體的可擠出性有助于優(yōu)化工藝參數(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量。粉體的可成型性及測試方法1粉體成型的重要性粉體的可成型性決定了其在工業(yè)應(yīng)用中能否成功成型,是保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。2可成型性的測試方法常見的粉體成型性測試方法包括壓片機(jī)、壓縮試驗(yàn)儀、成型試驗(yàn)臺等,能準(zhǔn)確評估粉體的壓縮、擠出和成型性能。3影響可成型性的因素粉體的粒度分布、表面性質(zhì)、含水量等都會對其可成型性產(chǎn)生重要影響,需要進(jìn)行全面分析。粉體的可噴霧性及測試方法可噴霧性概述可噴霧性是粉體在噴霧過程中的分散性和霧化能力,是粉體在噴霧應(yīng)用中的關(guān)鍵性能之一。良好的可噴霧性能能夠確保粉體均勻高效地覆蓋目標(biāo)表面。影響因素粉體的粒度分布、形狀、表面性質(zhì)、濕潤性等都會影響其可噴霧性。通過優(yōu)化這些因素可以提高粉體的噴霧性能。測試方法常用的可噴霧性測試方法包括霧化掛片法、風(fēng)洞法、懸浮度測試等,可以評估粉體在噴霧過程中的分散性、覆蓋性和均勻性。應(yīng)用領(lǐng)域良好的可噴霧性對于涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域的噴霧應(yīng)用至關(guān)重要,是保證產(chǎn)品質(zhì)量和使用效果的關(guān)鍵指標(biāo)。粉體的可溶性及測試方法1可溶性定義粉體的可溶性是指粉體在一定溶劑中能否完全或部分溶解的性質(zhì)。這是決定粉體應(yīng)用性能的重要指標(biāo)之一。2影響因素粉體的可溶性受粉體本身的化學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、粒度大小等因素的影響,還與溶劑特性如溫度、pH值等相關(guān)。3測試方法主要采用重量法、滴定法、分光光度法等對粉體可溶性進(jìn)行定量測試,測試結(jié)果可用于評價產(chǎn)品質(zhì)量和指導(dǎo)應(yīng)用。粉體的可再懸浮性及測試方法可再懸浮性可再懸浮性是指粉體在靜置一段時間后能否重新分散均勻。這是評估粉體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。測試方法主要測試方法包括振實(shí)法、攪拌法和離心法。通過測量再懸浮后粉體的沉降速度和固相含量等指標(biāo)來評價可再懸浮性。應(yīng)用場景可再懸浮性對于涉及粉體存儲、輸送和使用的行業(yè)尤為重要,如制藥、食品、化工等領(lǐng)域。影響因素粉體的粒度分布、表面性質(zhì)、密度以及外部環(huán)境條件如溫度、濕度等都會影響可再懸浮性。粉體的可再分散性及測試方法分散性粉體的可再分散性是指干燥