很多工業應用都涉及到粉體的流動。粗略地估計大約有60％的工業產品為顆粒，同時大約有20％的工業原料為粉體。更為重要的是，由于顆粒間相互作用力的滯后特性，粉體的堆積狀態多種多樣。粉體的流動性及堆積行為的研究是粉體工程的基礎，是聯系粉體材料性質與許多關于粉體技術的單元操作的紐帶，比如粉體儲存、給料、輸送、運輸、混合等。

粉體定義及分類

粉體通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構成的一種分散體系，顆粒粒度一般小于1000μm。工程上常把在常態下以較細的粉粒狀態存在的物料稱為粉體物料，簡稱粉體。

粉體可按其成因、制備方法、顆粒分散狀態、顆粒大小、化學組成、晶體結構、用途等進行分類。Geldart，Molerus等人按照不同的分類標準對粉體顆粒進行了分類。其中Geldart的分類標準應用較為廣泛。

Geldart從流化特性出發，根據其與顆粒粒度和密度的關系提出將顆粒分為ABCD四類。

A組顆粒：尺寸較小，通常為幾十微米，具有很好的流態化特征，氣泡尺寸較小，氣-固接觸效率高；

B組顆粒：尺寸較大，通常為幾百微米，氣固尺寸接觸效率低，顆粒不易循環；

C組顆粒：尺寸小，通常<20um。由于顆粒間的作用力遠大于顆粒的重力，顆粒表現為一定的團聚性而不易流態化；

D組顆粒：尺寸大或密度高的顆粒，如谷物、鉛粒等。

影響粉體流動性的因素

粉體之所以流動，其本質是粉體中粒子受力的不平衡，對粒子受力分析可知，粒子的作用力有重力、顆粒間的黏附力、摩擦力、靜電力等，對粉體流動影響最大的是重力和顆粒間的黏附力。

具體到相關參數，則包括顆粒的種類、平均粒度、粒度分布、濕含量、顆粒形狀、比表面積、密度、存儲時間和顆粒間相互作用等。

1.粉體粒度與粒度分布

粉體粒度是指其顆粒大小在空間范圍所占據的線性尺寸，粒度分布是指若干個大小順序排列的一定范圍內顆粒量占顆粒群總量的百分數，主要通過簡單的表格、圖形或函數的形式給出。

BT-9300S激光粒度儀

激光粒度儀是一種常用的粒度及粒度分布測試儀，粒度分析儀通常把D(3，2)，D(4，3)以及D(50)的數值一起參考，D(3，2)和D(4，3)的值越接近，說明樣品顆粒的形狀越規則，粒度分布越集中。

2.粉體濕含量

當含有少量水分時，水分被吸附顆粒表面，以表面吸附水的形式存在，對粉體的流動性影響不大。水分繼續增加，在顆粒吸附水的周圍形成水膜，顆粒間發生相對移動的阻力變大，導致粉體的流動性下降。當水分增加到超過最大分子結合水時，水分含量越多其流動性指數越低，粉體流動性越差。

3.顆粒形態

顆粒的形態包括顆粒三維形狀和顆粒表面形態，三維形狀主要通過諸如球形度等形狀因數來表示，顆粒表面形態主要采用進行直觀觀察。粒徑大小相等，形狀不同的粉末其流動性也不同。顯而易見，球形粒子相互間的接觸面積最小，其流動性最好。針片狀的粒子表面有大量的平面接觸點，以及不規則粒子間的剪切力，故流動性差。

4.粉體間相互作用

粉體間的摩擦性質和內聚性質對粉體的流動性同樣有著很大的影響。粒度和形態不同的粉體，其內聚性和摩擦性對粉體流動性的影響程度是不同的。

當粉體粒度較大時，粉體流動性主要取決于粉體的形貌，因體積力遠大于粉粒間的內聚力，表面粗糙的粉體顆粒或是形態不均勻的粉體顆粒的流動性都較差。

當粉體顆粒很小，粉體的流動性主要取決于粉體顆粒間的內聚力，此時的體積力遠小于顆粒間的內聚力。

粉體流動表征方法

1.休止角法

與流體不同，當粉體從容器流到平面時，流下的粉體堆積在平面上且堆積尺寸隨粉體的流下而增加，但堆積角保持不變，這個角即為粉體的休止角，又稱安息角，它是粉體在自身重力下運動所形成的角。

休止角的測量方法很多，有排出角法、注入角法、滑動角法等。

休止角是檢驗粉體流動性的好壞的最簡便的方法。休止角越小，摩擦力越小，流動性越好，一般認為θ≤40°時可以滿足生產流動性的需要。但同時要注意，由于同一粉體可能會獲得不同的休止角，特別是細顆粒粉體具有較強的可壓縮性和團聚性，休止角與過程有關，所以休止角不是粉體的基本物性。

2.Carr流動性指數法

粉體流動性的測量方法很多，很長一段時期都是簡單地根據粉體的休止角、可壓縮性來預測粉體的流動性能，但是這些方法所考慮的因素都較為單一，帶有較強的經驗性，往往實際操作中并不理想，難以很好地描述粉體流動性。后來Carr通過對種粉體試樣的測定，提出了一套比較全面的表征粉體流動情況的辦法，叫做流動性指數法。

該方法通過對粉體的休止角、壓縮率、平板角、凝集度（或均齊度）等指標進行測定，將流動性定為100分，上述每項,25分，將4項得分之和分為7檔。得分越高流動性越好，總得分高于80分一般不會堵結，低于60分則一般會架橋。目前應用范圍很廣，且已有定型儀器，如日本細川密克朗公司的粉體綜合特性測試儀。

細川密克朗粉體測試儀

3.Jenike法

Jenike法采用剪切儀來測定流動性能。這種測試手段最早用于料倉設計中，但是現在它在測試粉體物質的一般性能中發揮著越來越重要的作用。通過剪切實驗測定粉體樣品的內摩擦角、內聚力、壁摩擦角等性能指標，結合莫爾圓得到粉體的流動函數FF，定量化地評價粉體流動性能。

直剪儀剪切原理圖

4.其他流動性評價方法

轉鼓法：歐洲藥典提出一種采用轉鼓測量藥物粉末流動性的新方法，即將粉末顆粒裝入轉鼓中讓其緩慢轉動，測定固定轉速下每旋轉一圈顆粒發生坊塌的次數N。N越大，流動性越好。

重力位移流變儀用來描述無約束條件下制劑組成和環境條件（濕度）對粘性粉體流動性的影響。隨著滾筒旋轉，稱重傳感器單元測量粉體崩塌時轉動慣量的變化。

多元分析法：多元分析方法是研究多個自變量與因變量相互關系的一組統計理論和方法，主成分分析是一種降維或者把多個指標轉化為少數幾個綜合指標的分析方法，其核心是保證在原始數據信息丟失最小的情況下，對原始數據中有多個變量，即有多個主成分時，實際只考慮貢獻率最大方差最大的主成分。

參考來源

杜焰等.中藥粉體流動性表征方法研究

劉一.粉體體系堆積、流動特性及其與顆粒間作用力關系研究

吳福玉.粉體流動特性及其表征方法研究