粉體學(xué)基礎(chǔ)知識——粒度分析

　　粉體學(xué)基礎(chǔ)知識——粒度分析
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粉體工業(yè)將成為２１世紀(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。
　　粉體粒度是粉體材料的主要指標(biāo)之一，它直接影響產(chǎn)品的工藝性能和使用性能，在各行各業(yè)中都受到廣泛的關(guān)注，例如水泥粒度決定水泥的凝結(jié)時間，抗菌粉體的粒度決定添加進(jìn)紡織品后紡絲的效果，石蠟的粒度決定作為添加劑加入油墨后油墨的書寫流利度等。因此，對粉體粒度的測試日益受到人們的重視。
　　粒度測試的方法很多，具統(tǒng)計有上百種。目前常用的有沉降法、激光法、篩分法、圖像法和電阻法五種，另外還有幾種在特定行業(yè)和領(lǐng)域中常用的測試方法。
　　幾種粒度測量方法及其范圍
　　篩分法
　　篩分法是一種傳統(tǒng)的粒度測試方法。它是使顆粒通過不同尺寸的篩孔來測試粒度的。篩分法分干篩和濕篩兩種形式，可以用單個篩子來控制單一粒徑顆粒的通過率，也可以用多個篩子疊加起來同時測量多個粒徑顆粒的通過率，并計算出百分?jǐn)?shù)。
　　篩分法有手工篩、振動篩、負(fù)壓篩、全自動篩等多種方式。顆粒能否通過篩幾與顆粒的取向和篩分時間等素因素有關(guān)，不同的行業(yè)有各自的篩分方法標(biāo)準(zhǔn)。
　　優(yōu)點：成本低，使用容易。
　　缺點：對小于400目（38um）的干粉很難測量。測量時間越長，得到的結(jié)果就越小；不能測量射流或乳濁液；在測量針狀樣品時這會得到一些奇怪的結(jié)果，比如加工前和加工后的篩余量差不多。
　　沉降法
　　沉降法是根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測量粒度分布的一種方法。它的基本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發(fā)生沉降。不同粒徑顆粒的沉降速度是不同的，大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢。
　　在實際操作中, 由于測試顆粒的終沉降速度存在較大困難,因此,所有沉降儀都是測量與終沉降速度相關(guān)的其它物理參數(shù),如壓力、密度、重量、濃度或光透過率等。進(jìn)而求得顆粒的粒徑分布.沉降法又分為重力沉降和離心沉降兩種, 重力沉降的測試范圍通常為0.5～100μm,離心沉降可測量的粒徑范圍為0.05～5 μm.目前, 沉降式顆粒儀一般都采用重力沉降和離心沉降相結(jié)合的方式。
　　優(yōu)點：原理直觀，分辨率較高，價格及運行成本低。
　　缺點：測量速度慢，不能處理不同密度的混合物。結(jié)果受環(huán)境因素（比如溫度）和人為因素影響較大。
　　激光法
　　激光衍射法(又稱小角前向散射法)是散射式激光測粒技術(shù)中發(fā)展為成熟、應(yīng)用為普遍的一種方法,它通過測量顆粒在前向某一小角度范圍內(nèi)的散射光能分布,利用經(jīng)典的Mie散射理論和對大顆粒適用的夫瑯和費理論,求得顆粒粒徑的大小和分布。對于粒徑較大的顆粒,由于在前向小角度范圍內(nèi)的散射以衍射為主,因此,小角前向散射法又稱為衍射法。
　　激光衍射法的適用性廣,粒徑測量范圍寬,測量,精度高,重復(fù)性好,測量速度快,需要提供的物理參數(shù)少,可在線測量等,故而得到廣泛應(yīng)用。
　　優(yōu)點：測試范圍寬（的激光粒度儀的測量范圍是0.04-2000um，一般的也能達(dá)到0.1-300um），測試速度快（1-3分鐘/次），自動化程度高，操作簡便，重復(fù)性和真實性好，可以測試干粉樣品，可以測量混合粉、乳濁液和霧滴等。
　　缺點：不宜測量粒度分布很窄的樣品，分辨率相對較低。
　　電阻法
　　電阻法又叫庫爾特法，是由美國一個叫庫爾特的人發(fā)明的一種粒度測試方法。這種方法是根據(jù)顆粒在通過一個小微孔的瞬間，占據(jù)了小微孔中的部分空間而排開了小微孔中的導(dǎo)電液體，使小微孔兩端的電阻發(fā)生變化的原理測試粒度分布的。小孔兩端的電阻的大小與顆粒的體積成正比。當(dāng)不同大小的粒徑顆粒連續(xù)通過小微孔時，小微孔的兩端將連續(xù)產(chǎn)生不同大小的電阻信號，通過計算機對這些電阻信號進(jìn)行處理就可以得到粒度分布了。
　　電阻法測量粒徑原理圖
　　用庫爾特法進(jìn)行粒度測試所用的介質(zhì)通常是導(dǎo)電性能較好的生理鹽水。
　　優(yōu)點：測量精度高，操作簡便，測量速度快， 重復(fù)性較好，通常范圍在0.5～100μm。
　　缺點：動態(tài)范圍較小，容易發(fā)生堵孔故障，測量下限不夠小，不適合測量小于0.1μm的顆粒樣品。
　　顯微圖象法
　　顯微鏡圖像法能同時觀察顆粒的形貌及直觀地對顆粒的幾何尺寸進(jìn)行測量,經(jīng)常被用來作為對其他測量方法的一種校驗或標(biāo)定.該類儀器由顯微鏡、CCD攝像頭(或數(shù)碼相機)、圖形采集卡、計算機(圖像分析儀)等部分組成.它的工作原理是由CCD攝像頭將顯微鏡的放大圖形傳輸?shù)接嬎銠C中,再通過分析軟件對圖像進(jìn)行處理和計算,得出顆粒的粒徑和粒徑分布.
　　圖像分析的基本原理
　　顯微鏡圖像法的測量結(jié)果主要表征顆粒的二維尺寸(長度和寬度)，而無法表征其高度。
　　優(yōu)點：可以直接觀察顆粒的形貌，可以地得到球型度、長徑比等特殊數(shù)據(jù)。
　　缺點：代表性差，操作復(fù)雜，速度慢，不宜分析粒度范圍寬的樣品。
　　其它顆粒度測試方法
　　除了上述幾種粒度測試方法以外，目前在生產(chǎn)和研究領(lǐng)域還常用刮板法、沉降瓶法、透氣法、超聲波法和動態(tài)光散射法等。