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- 粉体学基础知识——粒度分析
- 点击次数：4955 更新时间：2018-04-23
- 粉体学基础知识——粒度分析
随着科学技术的发展，粉体工业将成为２１世纪重要的基础产业之一。
粉体粒度是粉体材料的主要指标之一，它直接影响产品的工艺性能和使用性能，在各行各业中都受到广泛的关注，例如水泥粒度决定水泥的凝结时间，抗菌粉体的粒度决定添加进纺织品后纺丝的效果，石蜡的粒度决定作为添加剂加入油墨后油墨的书写流利度等。因此，对粉体粒度的测试日益受到人们的重视。
粒度测试的方法很多，具统计有上百种。目前常用的有沉降法、激光法、筛分法、图像法和电阻法五种，另外还有几种在特定行业和领域中常用的测试方法。
几种粒度测量方法及其范围
筛分法
筛分法是一种传统的粒度测试方法。它是使颗粒通过不同尺寸的筛孔来测试粒度的。筛分法分干筛和湿筛两种形式，可以用单个筛子来控制单一粒径颗粒的通过率，也可以用多个筛子叠加起来同时测量多个粒径颗粒的通过率，并计算出百分数。
筛分法有手工筛、振动筛、负压筛、全自动筛等多种方式。颗粒能否通过筛几与颗粒的取向和筛分时间等素因素有关，不同的行业有各自的筛分方法标准。
优点：成本低，使用容易。
缺点：对小于400目（38um）的干粉很难测量。测量时间越长，得到的结果就越小；不能测量射流或乳浊液；在测量针状样品时这会得到一些奇怪的结果，比如加工前和加工后的筛余量差不多。
沉降法
沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。它的基本过程是把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力或离心力作用下将发生沉降。不同粒径颗粒的沉降速度是不同的，大颗粒的沉降速度较快，小颗粒的沉降速度较慢。
在实际操作中, 由于测试颗粒的终沉降速度存在较大困难,因此,所有沉降仪都是测量与终沉降速度相关的其它物理参数,如压力、密度、重量、浓度或光透过率等。进而求得颗粒的粒径分布.沉降法又分为重力沉降和离心沉降两种, 重力沉降的测试范围通常为0.5～100μm,离心沉降可测量的粒径范围为0.05～5 μm.目前, 沉降式颗粒仪一般都采用重力沉降和离心沉降相结合的方式。
优点：原理直观，分辨率较高，价格及运行成本低。
缺点：测量速度慢，不能处理不同密度的混合物。结果受环境因素（比如温度）和人为因素影响较大。
激光法
激光衍射法(又称小角前向散射法)是散射式激光测粒技术中发展为成熟、应用为普遍的一种方法,它通过测量颗粒在前向某一小角度范围内的散射光能分布,利用经典的Mie散射理论和对大颗粒适用的夫琅和费理论,求得颗粒粒径的大小和分布。对于粒径较大的颗粒,由于在前向小角度范围内的散射以衍射为主,因此,小角前向散射法又称为衍射法。
激光衍射法的适用性广,粒径测量范围宽,测量,精度高,重复性好,测量速度快,需要提供的物理参数少,可在线测量等,故而得到广泛应用。
优点：测试范围宽（的激光粒度仪的测量范围是0.04-2000um，一般的也能达到0.1-300um），测试速度快（1-3分钟/次），自动化程度高，操作简便，重复性和真实性好，可以测试干粉样品，可以测量混合粉、乳浊液和雾滴等。
缺点：不宜测量粒度分布很窄的样品，分辨率相对较低。
电阻法
电阻法又叫库尔特法，是由美国一个叫库尔特的人发明的一种粒度测试方法。这种方法是根据颗粒在通过一个小微孔的瞬间，占据了小微孔中的部分空间而排开了小微孔中的导电液体，使小微孔两端的电阻发生变化的原理测试粒度分布的。小孔两端的电阻的大小与颗粒的体积成正比。当不同大小的粒径颗粒连续通过小微孔时，小微孔的两端将连续产生不同大小的电阻信号，通过计算机对这些电阻信号进行处理就可以得到粒度分布了。
电阻法测量粒径原理图
用库尔特法进行粒度测试所用的介质通常是导电性能较好的生理盐水。
优点：测量精度高，操作简便，测量速度快， 重复性较好，通常范围在0.5～100μm。
缺点：动态范围较小，容易发生堵孔故障，测量下限不够小，不适合测量小于0.1μm的颗粒样品。
显微图象法
显微镜图像法能同时观察颗粒的形貌及直观地对颗粒的几何尺寸进行测量,经常被用来作为对其他测量方法的一种校验或标定.该类仪器由显微镜、CCD摄像头(或数码相机)、图形采集卡、计算机(图像分析仪)等部分组成.它的工作原理是由CCD摄像头将显微镜的放大图形传输到计算机中,再通过分析软件对图像进行处理和计算,得出颗粒的粒径和粒径分布.
图像分析的基本原理
显微镜图像法的测量结果主要表征颗粒的二维尺寸(长度和宽度)，而无法表征其高度。
优点：可以直接观察颗粒的形貌，可以地得到球型度、长径比等特殊数据。
缺点：代表性差，操作复杂，速度慢，不宜分析粒度范围宽的样品。
其它颗粒度测试方法
除了上述几种粒度测试方法以外，目前在生产和研究领域还常用刮板法、沉降瓶法、透气法、超声波法和动态光散射法等。