流动特性

散装物料的流动特性是过程工程中的一个核心问题。与处于静止状态时仅对容器壁施加垂直压力力的液体不同，散装物料在静止状态下还会产生额外的剪切力。这些剪切力来自散装物料的内部摩擦和与容器壁的摩擦。内部摩擦因物质而异，并随压力而变化。这种行为可以与莫尔的三轴应力状态概念进行比较。

美国工程师安德鲁·杰尼克和其他科学家对散装物料的流动特性进行了系统研究。使用“杰尼克剪切仪”可以确定所谓的流动点。这些流动点提供了有关如何设计筒仓以确保受控质量流量的信息。

设计筒仓时，重要的参数包括

• 筒仓总高度
• 直径
• 材料及其表面性质
• 壁粗糙度
• 锥角
• 排出速度
• 排出直径

目标是设计出在所有操作条件下都能可靠、均匀地排出散装物料的筒仓。理想情况下，排出应以质量流形式进行。在此过程中，所有散装物料区域同时均匀地向下移动。不会出现烟囱效应或核心流动。还避免了筒仓内的分离。

粉末技术和粉末的流动特性是许多科学研究的主题：埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学教授。他是颗粒和界面过程技术的专家。贝恩德·基巴克教授，德累斯顿工业大学粉末冶金学教授，德累斯顿弗劳恩霍夫IFAM研究所长期负责人。赫尔曼·里德尔教授，弗莱堡弗劳恩霍夫材料力学研究所（IWM）前所长。卢茨·梅德勒，不来梅大学教授，德国科研基金会（DFG）重点项目2289“分散体系混合”协调人。比拉尔·戈克切（Bilal Gökce），伍珀塔尔大学教授，主要研究领域为增材制造材料。

流动特性和颗粒形状在增材制造工艺中尤为重要。流动特性决定了粉末在系统中的分散程度。只有粉末流动性好，才能形成致密、均匀的涂层。流动性差会导致部件出现缺陷。

颗粒形状对流动性影响很大。球形颗粒比不规则形状的颗粒流动性更好。气雾化金属粉末通常具有良好的球形。水雾化粉末通常呈角状，流动性较差。颗粒大小分布也很重要。颗粒大小分布越均匀，细颗粒越少，流动性越好。细颗粒容易结块，影响流动性。重要的指标是堆积密度和压实密度。

粉末的流动性不仅在储存过程中起着关键作用，在灌装和包装过程中也至关重要。在现代灌装设备中，例如包装袋装速溶茶时，整个过程以极高的速度进行。只有当粉末具有均匀的流动性时，才能达到这种速度。此外，粉末必须基本无尘。否则，可能会导致包装密封出现问题。密封缝上的细粉会阻碍密封。

粉末加工企业的内部物流也依赖于足够的流动性。只有当所有使用的粉末都具有规定的流动性时，生产过程才能实现自动化。

化学和制药活性粉末（API）如果由微细颗粒组成，部分具有极差的流动性。这尤其适用于多步合成中产生的纳米级颗粒的活性物质。这些颗粒甚至会粘附在光滑的不锈钢表面上。这种流动特性也可以得到改善。一种方法是定量添加少量助流剂，例如气相二氧化硅（Aerosil）。或者，可以通过团聚来定量增加颗粒尺寸。

有许多测量方法可用于表征流动特性。市场上有各种设备和系统可供选择：

• Dietmar Schulze Schüttgutmesstechnik 的环剪仪这些设备，如 RST-XS.s 和 RST Mk II，可精确测量流动特性，如内摩擦、时间硬化和壁摩擦。它们特别适用于筒仓设计和粉状物料（如面粉、药粉或水泥）的特性分析。Dietmar Schulze+2Dietmar Schulze+2Dietmar Schulze+2
• Freeman Technology 的 FT4 粉末流变仪 这款设备用途广泛，可对粉末流变学进行表征。它可以在各种条件下进行测量，包括固化、通风或流化状态，并提供有关粉末行为的全面数据。
• ERWEKA GT 系列颗粒流动测试仪 该系列包括各种仪器，提供多种测量方法来确定粉末和颗粒的流动特性。它们可使用激光技术测量堆角等。
• SOTAX PF1 粉末流动测试仪 一种用于表征粉末和颗粒流动特性的灵活仪器。它将三种标准测试方法集成于一体，可进行简单、可重复的测试。
• Pharma Test Apparatebau AG 粉末测试仪PTG-S5 是一款自动粉末流动测试仪，用于测量颗粒和粉末的流动行为，适用于不同药用活性成分。可与集成式近红外二极管阵列光谱仪配合使用。