在這一系列文章中，我將著(zhù)眼于傳統粉體測試工具包能夠多大程度地滿(mǎn)足當下粉體加工者的需求。在上一篇文章中，我將振實(shí)密度方法作為討論的重點(diǎn)；現在我們開(kāi)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(wèn)題而展開(kāi)的開(kāi)創(chuàng )性工作。開(kāi)發(fā)的這項技術(shù)首次使用數值方法確定粉體處理設備的規格，為此種設計方法提供支持。開(kāi)發(fā)一種設計演算法使料斗和料倉實(shí)現可控的卸料是一項重大的挑戰，相關(guān)的工作非常出色地經(jīng)受住了時(shí)間的考驗。雖然卸料和料斗設計仍然是一門(mén)不盡完美的學(xué)科，但是，50年前開(kāi)發(fā)的方法并未大幅改進(jìn)并且仍在使用。
圖1 - 傳統剪切室
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，剪切測試測量相對于一個(gè)粉體平面剪切另一個(gè)固結平面所需的力。類(lèi)似的方法也用于測量壁面摩擦 (即結構材料表面與粉體之間的摩擦力)，以提供料斗設計所需的大部分數據。料斗底部的粉體由于其上方材料的重力作用而固結，粉體承受此種應力，同時(shí)應力傳遞粉床內，并且相對于容器壁面的粉體也會(huì )承受應力，因此，這些測試方法的相關(guān)性是顯而易見(jiàn)的。
構想出剪切測試后的幾十年來(lái)，對工藝相關(guān)粉體表征的需求已經(jīng)促使剪切測試的應用遠遠超出其初衷。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(diǎn)。
一個(gè)問(wèn)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(dòng)函數對應的"自由流動(dòng)"范疇是一個(gè)主要的剪切參數，涵蓋了廣泛的流動(dòng)行為，但剪切測試不像動(dòng)態(tài)表征那樣具有區分性 (參見(jiàn)下圖)。
另一個(gè)無(wú)疑更加重要的問(wèn)題是，剪切測試期間所應用的條件不能代表流化床或重力下料。對于某些工藝而言，粉體對空氣的響應至關(guān)重要，這也不能通過(guò)剪切分析來(lái)直接研究。更廣泛地說(shuō)，試圖從剪切數據中推斷出與測試環(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(wú)意爭論剪切測試其設計目的和價(jià)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(zhù)重要的作用。因為剪切分析已經(jīng)開(kāi)始達到極限，所以我還是認為其他技術(shù) (特別是動(dòng)態(tài)測試) 更適合表征粉體。認識到這些局限并應用最合適的技術(shù)是至關(guān)重要的，通過(guò)此種技術(shù)，加工者能夠實(shí)現更高的生產(chǎn)效率。
作者簡(jiǎn)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計和持續發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專(zhuān)業(yè)機構合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對促進(jìn)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(xué)的機電一體化學(xué)位。他是美國結構化有機微粒系統工程研究中心 (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(huì )議。作為美國藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會(huì ) (AAPS) 的"過(guò)程分析技術(shù)"焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問(wèn)委員會(huì )的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專(zhuān)家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會(huì )"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會(huì )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(huì )副主席，以及美國藥典 (USP) 通論-物理分析專(zhuān)家委員會(huì ) (GC-PA EC) 的成員。
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