本發(fā)明涉及細顆粒粉體測量領域，特別是涉及一種細顆粒粉體流動性測定裝置及方法。
背景技術：
隨著人們對粉體應用要求的提高，微米粉體甚至是納米粉體在建筑、涂料、消防、冶金、材料、醫(yī)藥等領域的應用日益廣泛。粒徑小的粉體，能較大地提高粉體的使用性能，因此，細顆粒粉體的研發(fā)和制備已經(jīng)成為當前研究的熱點。但細顆粒粉體因其比表面積大，表面能高，更容易發(fā)生吸潮和團聚問題，導致其流動性逐步下降，嚴重影響其使用效果。因此，發(fā)明一種可靠、方便的，可測定細顆粒粉體流動性的裝置和方法是非常有必要的。
當前粉體流動性的測定方法主要針對于大粒徑的粉體，如休止角法、小孔流出速度法、角度法等。休止角法通常將粉體注入漏斗內，使粉體自然下落到漏斗下方半徑一定的圓盤上，使粉體逐漸堆積成圓錐形，當粉體不能再堆高時，測定其高度，通過高度與半徑的比值測定休止角的正切值，從而獲得休止角值。小孔流出速度法通常將粉體注入一定口徑的沙漏或玻璃管內，測定粉體全部漏完的時間。角度法通常將粉體平鋪于板面上，逐步抬高板面，測定粉體開始滾落時的角度。
在運用上述三種方法測定細顆粒粉體的流動性時，存在以下幾個問題：(1)用休止角法測定細顆粒粉體流動性時，細顆?？赡芤蜉^長時間暴露于空氣中而產(chǎn)生吸潮團聚現(xiàn)象，粘附于漏斗口以及漏斗壁，無法完成測試。
(2)用小孔流出速度法測定細顆粒粉體流動性時，細顆?？赡芤蜉^長時間暴露于空氣中而產(chǎn)生吸潮團聚現(xiàn)象，粉體粘壁，無法完成測試。
(3)用角度法測定細顆粒粉體流動性時，細顆粒可能因較長時間暴露于空氣中而產(chǎn)生吸潮團聚現(xiàn)象，粘附于板面，無法滾落，故而無法完成測試。
準確、簡便地測定和比較細顆粒粉體的流動性，對初期粉體的篩選以及后期粉體的應用均有重要的指導價值，因此需要發(fā)明一種新型細顆粒粉體流動性測定裝置及方法。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服休止角法、小孔流出速度法和角度法的不足，提供一種細顆粒粉體流動性測定裝置及其方法，使細顆粒粉體流動性的測定準確、可靠、客觀。
本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置包括通過氣體軟管依次連通的氣源、氣壓調節(jié)機構和細顆粒粉體流化機構；所述氣壓調節(jié)機構包括依次安裝于所述氣源下游的減壓閥、壓力表和三通閥，所述三通閥的兩通連接所述氣體軟管，另一通連接大氣；所述細顆粒粉體流化機構包括一個u型管，所述u型管的兩個管口由軟木塞密封，所述軟木塞設有供所述氣體軟管穿過的孔洞。
工作原理：測量時，先將待測細顆粒粉體鋪滿所述u型管的底部，然后組裝好，打開所述氣源和所述減壓閥，調節(jié)所述三通閥，氣流經(jīng)所述減壓閥調節(jié)壓力，氣流穩(wěn)定之前先通過所述三通閥排入大氣，等氣流穩(wěn)定后再調節(jié)所述三通閥將所述氣源和所述u型管接通，使氣流通入所述u型管中，以此保證氣流穩(wěn)定后再通入所述u型管中，可減小因氣流不穩(wěn)產(chǎn)生的誤差，還可避免在操作不當?shù)那闆r下，因氣流激增導致粉體大量沖出所述u型管。通過上述調壓穩(wěn)流操作逐步增大所述氣瓶輸出的氣流的過程中，進入所述u型管的氣流也逐漸增大，當壓力增大到某一值時，所述u型管內原本緊實的細顆粒粉體出現(xiàn)松動，細顆粒粉體間空隙增大，體積膨脹。如果再進一步增大壓力，細顆粒粉體將不能維持固定狀態(tài)。此時，細顆粒粉體全部懸浮于氣流中，顯示出相當不規(guī)則的運動。隨著壓力的提高，細顆粒粉體的運動愈加劇烈，體積也更加膨脹，但是細顆粒粉體仍逗留在所述u型管內而不被氣流帶出。在一定壓力值下，當細顆粒粉體處于穩(wěn)定的懸浮態(tài)時，可認為細顆粒粉體達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)，該狀態(tài)下細顆粒粉體會達到對應的最高高度和最低高度，最高度度和最低高度之間的差值即為流化高度。而在一定壓力范圍內細顆粒粉體達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)時，細顆粒粉體的流化高度會隨著壓力的增減也會出現(xiàn)升降。通常情況下，流動性不同的細顆粒粉體達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)所需的壓力范圍會不同，某一壓力對應的流化高度也會有差異，因此達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)所需的壓力范圍和流化高度可作為細顆粒粉體流動性的表征參數(shù)，通過比較不同細顆粉體對應的壓力范圍和流化高度，以及壓力和流化高度的對應關系即可比較不同細顆粒粉體的流動性。為了便于比較不同細顆粒粉體的流動性，可在所述u型管上標記一個基準高度，通過比較不同細顆粒粉體的某一部位(如主體部分、頂部或底部)達到所述基準高度時對應通入氣流的壓力(所述壓力表的示數(shù))，即可比較不同細顆粒粉的流動性，一般地，達到所述基準高度的壓力越小，說明細顆粒粉體流動性越好；當達到所述基準高度的壓力一致時，則可通過比較此時穩(wěn)定的流化狀態(tài)下的細顆粒粉體的最高高度及最低高度之間的差值進行流動性的判斷，差值越大，說明細顆粒粉體的流動性越好。
優(yōu)選的，所述氣源為氮氣氣瓶。氮氣氣瓶含水較少，可有效避免實驗過程中因粉體吸潮團聚產(chǎn)生的誤差，且氮氣氣瓶價格經(jīng)濟。
優(yōu)選的，所述壓力表為高靈敏度壓力表，可準確對比不同細顆粒粉體在達到最低流化高度時所需的壓力，從而對比不同細顆粒粉體的流動性。
優(yōu)選的，所述u型管為細長型，長徑比為8～15優(yōu)選11。所述u型管為細長型時，可使得進入所述u型管的氣體更加集中，防止氣體的碰壁損失，同時也可以實現(xiàn)在較大范圍內觀察粉體的流化狀態(tài)。
優(yōu)選的，所述u型管材質光滑，盡可能減少細顆粒粉體和u型管壁的摩擦和粘附作用，使細顆粒粉體能較好的呈現(xiàn)流化狀態(tài)。
優(yōu)選的，所述u型管上標有刻度，便于讀取高度。
優(yōu)選的，所述軟木塞上的孔洞直徑與所述氣體軟管直徑一致，以此既能保證所述u型管的密封性，防止因空氣進入所述u型管對氣流和濕度產(chǎn)生影響，導致測定結果的誤差，同時也便于組裝。
優(yōu)選的，所述u型管下游通過氣體軟管連接有緩沖瓶，所述緩沖瓶能避免粉體在沖出所述u型管后進入大氣并造成污染的可能性。
本發(fā)明的另一目的在于提供使用所述的細顆粒粉體流動性測定裝置測定細顆粒粉體流動性的方法，包括步驟：
(a)將待測的細顆粒粉體鋪滿所述u型管底部，塞上所述軟木塞并組裝好所述細顆粒粉體流動性測定裝置；
(b)調節(jié)所述三通閥使所述氣源接通大氣，打開所述氣源和所述減壓閥，通過所述減壓閥調節(jié)氣流使所述壓力表的示數(shù)達到預定值，至氣流穩(wěn)定后，調節(jié)所述三通閥使所述氣源接通所述u型管，氣流通入所述u型管，觀察所述u型管內的細顆粒粉體；若所述u型管內的細顆粒粉體呈現(xiàn)穩(wěn)定的流化狀態(tài)，記錄所述壓力表的示數(shù)以及細顆粒粉體達到的最高高度和最低高度；
(c)逐步重復步驟b的方法，控制通入所述u型管中氣流的壓力逐步變化，觀察所述u型管內的細顆粒粉體；記錄所述u型管內的細顆粒粉體呈現(xiàn)穩(wěn)定的流化狀態(tài)時的所述壓力表的示數(shù)以及細顆粒粉體達到的最高高度和最低高度；所述壓力表的示數(shù)以及細顆粒粉體達到的最高高度和最低高度的差值即可表征細顆粒粉體的流動性。
通過上述步驟，可測定細顆粒粉體在所述u型管中達到流化狀態(tài)的一系列的壓力和對應的流化高度，流動性不同的細顆粒粉體的測試結果會有差異，以此即可對細顆粒粉體的流動性進行評價和比較。
較佳的，為了便于觀察以及更加準確方便地比較不同細顆粒粉體的流動性，所述方法可進一步改進，具體為：
在步驟a之前預先在所述u型管的直管上距底端0.5～1.5cm處，優(yōu)選1cm處，標記為基準高度；
在步驟b和步驟c中，按照步驟b的方法控制通入所述u型管中氣流的壓力逐步增加，當細顆粒粉體開始呈現(xiàn)流化狀態(tài)時，觀察細顆粒粉體的主體部分是否能達到所述基準高度，若不能，則繼續(xù)增加壓力直至細顆粒粉體的主體部分達到所述基準高度，記錄此時壓力表的示數(shù)和細顆粒粉體達到的最高高度及最低高度；若細顆粒粉體的主體部分始終無法達到所述基準高度，則根據(jù)u型管上的刻度，記錄細顆粒粉體的主體部分能達到的最高高度，此時的最高高度也可以作為細顆粒粉體流動性的表征參數(shù)。
通常情況下，通過比較細顆粒粉體主體部分達到所述基準高度的壓力即可比較不同細顆粒粉體的流動性。但實際試驗中，也有些細顆粒粉體達到所述基準高度時，所需的壓力值是一樣的或者相差甚微，此時則可根據(jù)細顆粒粉體在流化狀態(tài)的最高高度及最低高度之間的差值精確地比較細顆粒粉體的流動性。
較佳的，將細顆粒粉體裝入所述u型管之前，細顆粒粉體和所述u型管置于烘箱內進行完全干燥。
本發(fā)明的積極進步效果：
1、本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置中，所述氣源輸出的氣流通入所述u形管時，具有一定壓力時可使得其中的細顆粒粉體呈現(xiàn)流化狀態(tài)，通過本發(fā)明的測定細顆粒粉體流動性的方法，可以直接、方便地測定流化狀態(tài)，測定達到流化狀態(tài)所需壓力和流化高度，可對不同細顆粒粉體的流動性進行全面、綜合的比較。而所述基準高度的設置，使得不同細顆粒粉體流動性的比較具有一個直觀簡便的標準，比較起來更加方便準確。
2、本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置結構簡單，可達到較高的密封性，從而避免細顆粒粉體吸潮團聚現(xiàn)象，同時材質光滑的所述u型管可減少細顆粒粉體和所述u型管管壁的摩擦和粘附作用，使細顆粒粉體能較好的呈現(xiàn)流化狀態(tài)。而通過控制所述氣流調壓機構調節(jié)和穩(wěn)定通入所述u型管中的氣流，壓力連續(xù)可調，以此可準確測定細顆粒粉體達到流化狀態(tài)所需的壓力，使得細顆粒粉體流動性測試結果具有重現(xiàn)性、準確性和客觀性。所述氣流調壓機構的調壓穩(wěn)流功能還可避免壓力激增而導致細顆粒粉體大量沖出所述u型管。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置的示意圖。
附圖標記
1-氣瓶，2-減壓閥，3-壓力表，4-三通閥，5-u型管，6-緩沖瓶，7-軟木塞，8-氣體軟管。
具體實施方式
以下結合具體實施例，對本發(fā)明作進一步說明。應理解，以下實施例僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明的范圍。
實施例1
圖1所示為本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置，其包括氣瓶1，減壓閥2，壓力表3，三通閥4，u型管5，緩沖瓶6，軟木塞7，氣體軟管8。
氣瓶1為氮氣氣瓶，放置于水平平面，出口通過氣體軟管8依次連接減壓閥2、壓力表3、三通閥4、u型管5和緩沖瓶6。其中減壓閥2、壓力表3和三通閥4組成供調節(jié)氣壓并保證氣流穩(wěn)定的氣壓調節(jié)機構，三通閥4的兩通連接氣體軟管，另一通連接大氣。u型管5長徑比為11且管壁上標有刻度，兩個管口通過軟木塞7密封，軟木塞7設有供氣體軟管穿過的孔洞，孔洞直徑與氣體軟管8直徑一致。
使用該細顆粒粉體流動性測定裝置測定細顆粒粉體的流動性時，可按照以下步驟進行：
(a)在u型管5的直管上距底端1cm處標記為基準高度；
(b)將待測的細顆粒粉體鋪滿u型管5的底部，塞上軟木塞7組裝好該細顆粒粉體流動性測定裝置；
(c)調節(jié)三通閥4使氣瓶1接通大氣，打開氣瓶1和減壓閥2，通過減壓閥2調節(jié)氣流使壓力表3示數(shù)達到預定值，至氣流穩(wěn)定(壓力表3示數(shù)穩(wěn)定)后，調節(jié)三通閥4使氣瓶1接通u型管5，氣流通入u型管5，觀察u型管5內的細顆粒粉體的流化狀態(tài)；
(d)逐步重復步驟c的方法，使得通入u型管5中氣流的壓力逐步增加，直至u型管5內的細顆粒粉體呈現(xiàn)流化狀態(tài)；
(e)當細顆粒粉體開始呈現(xiàn)流化狀態(tài)時，觀察此時細顆粒粉體的主體部分是否能達到設定的基準高度，若不能，則逐步按照步驟c的方法加大壓力，直至細顆粒粉體主體部分達到設定的基準高度，記錄細顆粒粉體的主體部分達到設定的基準高度時壓力表3的讀數(shù)和細顆粒粉體達到的最高高度及最低高度；若細顆粒粉體主體部分始終無法達到基準高度，則根據(jù)u型管上的刻度，記錄細顆粒粉體的主體部分能達到的最高高度。
其中，步驟b將細顆粒粉體裝入u型管之前，細顆粒粉體和u型管置于烘箱內進行完全干燥。
上述細顆粒粉體流動性測定裝置及其使用方法的工作原理如下：
u型管5的底部鋪滿有待測細顆粒粉體且整個裝置組裝好后，步驟c為調壓穩(wěn)流操作，打開氣瓶1和減壓閥2，調節(jié)三通閥4，氣流經(jīng)減壓閥2調節(jié)壓力，氣流穩(wěn)定之前先通過三通閥4排入大氣，等氣流穩(wěn)定后再調節(jié)三通閥4將氣瓶1和u型管5接通，使氣流通入u型管5中，以此保證流經(jīng)u型管5的氣流穩(wěn)定，減小因氣流不穩(wěn)產(chǎn)生的誤差，且可避免在操作不當?shù)那闆r下，因氣流激增導致粉體大量沖出u型管5的可能性。
通過上述調壓穩(wěn)流的操作，逐步增大氣瓶1輸出的氣體壓力的過程中，進入u型管5的氣流也逐步增大，當壓力增大到某一值時，u型管5內原本緊實的細顆粒粉體出現(xiàn)松動，細顆粒粉體間空隙增大，體積膨脹。如果再進一步增大壓力，細顆粒粉體將不能維持固定狀態(tài)。此時，細顆粒粉體全部懸浮于氣流中，顯示出相當不規(guī)則的運動。隨著壓力的提高，細顆粒粉體的運動愈加劇烈，體積也更加膨脹，但是細顆粒粉體仍逗留在u型管5內而不被氣流帶出。在一定壓力值下，當細顆粒粉體處于穩(wěn)定的懸浮態(tài)時，可認為細顆粒粉體達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)，此時記錄細顆粒粉體達到穩(wěn)定流化狀態(tài)時的壓力和達到的最高高度及最低高度。通常情況下，流動性不同的細顆粒粉體在達到穩(wěn)定的流化狀態(tài)且主體部分達到基準高度時，所需的壓力是不同的，通過比較不同細顆粒粉體的主體部分達到基準高度時對應通入氣流的壓力(壓力表3的示數(shù))，即可比較不同細顆粒粉的流動性，一般地，達到基準高度的壓力越小，說明細顆粒粉體流動性越好；當達到基準高度的壓力一致時，則可通過比較此時穩(wěn)定的流化狀態(tài)下的細顆粒粉體的最高高度及最低高度之間的差值進行流動性的判斷，差值越大，說明細顆粒粉體的流動性越好。
使用本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置，通過上述方法步驟可以直接、方便地測定流化狀態(tài)，測定達到流化狀態(tài)所需壓力和流化高度，可對不同細顆粒粉體的流動性進行全面、綜合的比較。而基準高度的設置，使得不同細顆粒粉體流動性的比較具有一個直觀簡便的標準，比較起來更加方便準確。
另外，本發(fā)明的細顆粒粉體流動性測定裝置結構簡單，可達到較高的密封性，從而可避免細顆粒粉體吸潮團聚現(xiàn)象，而且通過控制氣流調壓機構調節(jié)和穩(wěn)定通入u型管5中的氣流，壓力連續(xù)可調，以此可準確測定細顆粒粉體達到流化狀態(tài)所需的壓力，使得細顆粒粉體流動性測試結果具有重現(xiàn)性、準確性和客觀性。氣流調壓機構的調壓穩(wěn)流功能還可避免壓力激增而導致細顆粒粉體大量沖出u型管。
以上已對本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實施例進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述的實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可以作出種種的等同的變型或替換，這些等同變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。