在這一系列文章中，我將著眼于傳統(tǒng)粉體測試工具包能夠多大程度地滿足當下粉體加工者的需求。在上一篇文章中，我將振實密度方法作為討論的重點；現(xiàn)在我們開始討論剪切測試。
剪切測試起源于Jenike在20世紀60年代為解決儲存容器卸料問題而展開的開創(chuàng)性工作。開發(fā)的這項技術(shù)首次使用數(shù)值方法確定粉體處理設(shè)備的規(guī)格，為此種設(shè)計方法提供支持。開發(fā)一種設(shè)計演算法使料斗和料倉實現(xiàn)可控的卸料是一項重大的挑戰(zhàn)，相關(guān)的工作非常出色地經(jīng)受住了時間的考驗。雖然卸料和料斗設(shè)計仍然是一門不盡完美的學科，但是，50年前開發(fā)的方法并未大幅改進并且仍在使用。
圖1 - 傳統(tǒng)剪切室
簡單來說，剪切測試測量相對于一個粉體平面剪切另一個固結(jié)平面所需的力。類似的方法也用于測量壁面摩擦 (即結(jié)構(gòu)材料表面與粉體之間的摩擦力)，以提供料斗設(shè)計所需的大部分數(shù)據(jù)。料斗底部的粉體由于其上方材料的重力作用而固結(jié)，粉體承受此種應(yīng)力，同時應(yīng)力傳遞粉床內(nèi)，并且相對于容器壁面的粉體也會承受應(yīng)力，因此，這些測試方法的相關(guān)性是顯而易見的。
構(gòu)想出剪切測試后的幾十年來，對工藝相關(guān)粉體表征的需求已經(jīng)促使剪切測試的應(yīng)用遠遠超出其初衷。這固然可以理解，但也使得這項技術(shù)的一些局限性成為關(guān)注的焦點。
一個問題是，對于粘性粉體而言，剪切測試最適合，也最精確。對于粘性的材料，測得的剪切力相對較大，但對于非粘性的樣品，剪切力則逐漸減小。流動函數(shù)對應(yīng)的"自由流動"范疇是一個主要的剪切參數(shù)，涵蓋了廣泛的流動行為，但剪切測試不像動態(tài)表征那樣具有區(qū)分性 (參見下圖)。
另一個無疑更加重要的問題是，剪切測試期間所應(yīng)用的條件不能代表流化床或重力下料。對于某些工藝而言，粉體對空氣的響應(yīng)至關(guān)重要，這也不能通過剪切分析來直接研究。更廣泛地說，試圖從剪切數(shù)據(jù)中推斷出與測試環(huán)境明顯不同的條件下的粉體行為，這種做法可能既不精確，又不高效。
本文無意爭論剪切測試其設(shè)計目的和價值。我也承認，除此之外，剪切測試也在幫助人們深入了解和普遍研究粉體性質(zhì)方面也發(fā)揮著重要的作用。因為剪切分析已經(jīng)開始達到極限，所以我還是認為其他技術(shù) (特別是動態(tài)測試) 更適合表征粉體。認識到這些局限并應(yīng)用最合適的技術(shù)是至關(guān)重要的，通過此種技術(shù)，加工者能夠?qū)崿F(xiàn)更高的生產(chǎn)效率。
作者簡介:
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
Tim Freeman是粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，他自20世紀90年代末便效力于該公司。他在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測試儀的設(shè)計和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機構(gòu)合作并參與行業(yè)活動，對促進粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻。
Tim擁有英國薩塞克斯大學的機電一體化學位。他是美國結(jié)構(gòu)化有機微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項目組的導師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會議。作為美國藥學科學家協(xié)會 (AAPS) 的"過程分析技術(shù)"焦點小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問委員會的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學工程師學會"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會成員、ASTM負責粉體和散裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會副主席，以及美國藥典 (USP) 通論-物理分析專家委員會 (GC-PA EC) 的成員。
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