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一、什么是颗粒?什么是粉体?
颗粒是具有一定尺寸和形状的微小物体,它的宏观尺寸通常界定在1nm以上和1mm以下,粉体是由固体颗粒堆积而成的。广义地说,分散在空气中的雾滴、分散在水中的油滴、溶液中的气泡、多孔体中的孔等也可看作“颗粒”,前两者是液体“颗粒”,后两者是气体“颗粒”。
二、颗粒大小的分类
通常所说的超微颗粒或目前流行的所谓纳米颗粒是指1nm~100 nm尺度的颗粒。严格地讲,纳米颗粒应是2nm~10nm的颗粒,有明显的量子效应,2nm以下称为原子团;亚微米颗粒是指0.1μm~1μm的颗粒,超细颗粒是超微颗粒和亚微米颗粒的统称;细粉是指1μm~100μm的粉体;粗粉是指100μm~ 1000μm的粉体。不同行业对此还有不同的说法,统一这些说法有利于技术交流。
三、为什么要关心颗粒大小?
颗粒大小几乎与粉体的所有性能密切相关,不用说纳米颗粒的纳米效应,还是微孔的催化效应,就是微米尺度的粉体,其大小也是很重要的,如水泥的水化反应、涂料的附着力、电池材料的充放电、药物被人体吸收的程度、过滤器的过滤效率、磁性材料的磁导率和矫顽力、杀虫剂效力、大气和环境污染等,无不与颗粒大小有关。这也是人们关心颗粒大小的根本原因。
四、微米与目数的关系
微米-目数对照一览表
微米 | 目数 | 目数 | 微米 | |
1 | 12500 | 2 | 8000 | |
2 | 6250 | 5 | 4000 | |
5 | 2500 | 10 | 1700 | |
10 | 1250 | 20 | 830 | |
15 | 800 | 50 | 270 | |
20 | 625 | 100 | 150 | |
33 | 425 | 200 | 75 | |
37 | 400 | 500 | 25 | |
44 | 325 | 1000 | 13 | |
74 | 200 | 2000 | 6.5 | |
149 | 100 | 5000 | 2.6 | |
350 | 45 | 10000 | 1.3 |
(经验公式:目数(mesh)*微米(μm)=15400)
五、什么是D50、D97?
D50:也称中位径或中值粒径,是指一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%,小于它的颗粒也占50%。如果一个样品的D50=5μm,说明在组成该样品的所有粒径的颗粒中,粒径大于5μm的颗粒占50%,小于5μm的颗粒也占50%。D50常用来表示粉体的平均粒度。
D97:是指颗粒粒度分布中,从小到大累积分布百分数达到97%时对应的粒径值。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。它通常被用来表示粉体粗端粒度指标,是粉体生产和应用中一个被重点关注的指标。其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。
六、何谓粒度?何谓粒度分布?
颗粒的大小称为颗粒的粒度,也可称为粒径。粒度或粒径表示的是颗粒直径。当然,对于非球形颗粒,其粒径与测量基准和统计方法有关,粒径只能是“等效”的。
不同粒度间隔的颗粒占粉体总量的百分数(或累积百分数)称为频率粒度分布(或累积粒度分布),其纵坐标为不同基准计算的粒度组成,可以是个数、长度、面积、体积或质量矩的百分数或累积百分数,其横坐标为不同基准计算的粒度值。
七、常见粒度分布的表示方法有哪些?
1) 表格形式:用列表的方式表示不同粒度所对应的百分比含量
2) 图示形式:用直方图或曲线等图示方式表示粒度分布的方法
3) 函数形式:用某种数学函数形式表示粒度分布的方法。通常有正态分布、对数正态分布、罗辛·拉母勒分布(Rosin-Rammler)函数等。
其中,使用表格形式时需注意以下规定:
1) 表格中粒度范围,例如<20μm,不应包括20 μm;20μm~25μm,应包括20 μm,但不包括25 μm。这样,每个粒度范围的中值,正好为上、下限之和除以2。例如,20μm~25μm的中值应是22.5 μm。
2) 各个粒度范围的中值,可按算术级数递增,也可按几何级数递增,但要使粒度间隔大小除以中值保持常数。例如,筛分法中的筛孔系数按几何级数1,,2,2,…….,64递增,粒度范围取0.14μm~1.18μm,1.18μm~1.68μm,1.68μm~2.36μm,……,53.7μm~75.6μm,间隔大小除以中值为一常数值0.34。
八、何谓等效粒径?
实际颗粒的外形通常是非球形的,当一个颗粒的某一物理特性与同质球形颗粒相同或相近时,我们就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径,称之为等效粒径。根据不同的测量方法,有不同的等效粒径,如:
1)等效体积粒径:即与所测颗粒具有相同体积的同质球形颗粒的直径。
2)等效沉速粒径:即与所测颗粒具有相同沉降速度的同质球形颗粒的直径。重力沉降法、离心沉降法所测的粒径为等效沉速粒径,也称斯托克斯(Stokes)径。
3)等效电阻粒径:即在一定条件下与所测颗粒具有相同电阻的同质球形颗粒的直径。库尔特法所测的粒径就是等效电阻粒径。
4) 等效投影面积粒径:即与所测颗粒具有相同的投影面积的球形颗粒的直径。图像法所测的粒径即为等效投影面积粒径。
九、不同粒度测量基准的方法分类
不同粒度测量基准的方法分类
被测参数 | 分析方法 | 粒度范围(μm) |
长度 | 光学显微镜 电镜 | >0.5 0.001~200 |
截面积、表面积 | 光学显微镜 电镜 图像仪 筛分法 光透法 圆盘离心沉降法 光阻法 电迁移分级 | >0.5 0.001~200 >0.5 >3 0.003~100 0.02~30 1~100 0.005~1 |
体积、质量 | X光小角散射法 重力沉降 电阻法 动态光散射法 扩散电池 超声谱 | 0.003~0.5 0.05~8000 1~100 0.5~100 0.003~10 0.005~0.2 0.01~100 |
十、个数分布与体积分布差别举例
1991年10月13日发表在《新科学家》杂志上一篇文章称,在太空中有大量人造物体围着地球转动,科学家们在定期追踪它们的时候,把它们按大小分成几组,见表3。如果我们看一下表中的第三列,就可以看出在所有的太空物体中99.3%是极其小的,这是以数量为基础计算的百分数。但是,如果我们观察第四列,一个以重量为基础计算的百分数,我们就会得出另一个结论:实际上几乎所有的物体都介于10cm~1000cm之间。可见数量与体积(质量)分布是大不相同的,采用不同的分布就会得出不同的结论,而这些分布都是正确的,只是以不同的方法来观察数据。如果计算以上分布的平均值,我们会发现数量平均直径约为1.6cm而体积平均直径为50cm,可见两种计算方法得到的平均径差别很大。
太空中人造物体的大小分组
尺寸(cm) | 数量 | 数量百分数 | 体积百分数 |
10-1000 | 7000 | 0.2 | 99.96 |
1-10 | 17500 | 0.5 | 0.03 |
0.1-1 | 3500000 | 99.3 | 0.01 |
合计 | 3524500 | 100 | 100 |
(注:文章部分内容来源于《颗粒测试基础知识100问》)