對于粉體顆粒的長徑比的定義是:經過顆粒內部的最長徑,和與它相垂直的最長徑之比,如下圖所示:
D1:D2=長徑比
此參數是表述針狀粉體顆粒形貌的重要參數,用以判斷針狀粉體的性能具有較大的實用價值。
我們以最常見的針狀粉體材料——硅灰石為例加以介紹。高附加值、深加工的硅灰石粉體最主要技術指標就是長徑比。高長徑比硅灰石(15∶1~20∶1)主要是作為增強功能填料,用于涂料、塑料和橡膠中以提高硬度、彎曲強度和撞擊阻力,同時也可改進塑料電學性質,提高其熱穩定性,增強抗腐蝕性和提高耐磨性。高長徑比硅灰石還可替代石棉用于生產摩擦材料和絕緣材料。盡管國內外對高長徑比硅灰石的需求量愈來愈多,加工的企業技術不斷提高,但是目前國內外仍然沒有統一的標準來測定硅灰石粉的平均長徑比,國際上最大的硅灰石公司NYCO公司,也沒有公開的測定標準。國內有某些文獻提及用圖像分析方法探討測定硅灰石平均長徑比,但都不是系統研究,也沒有形成意見較為統一的硅灰石長徑比測試國家或者行業標準。總體而言,早期常用的長徑比測試手段,基本都是使用拍攝的靜態針狀粉體圖片通過手工或者軟件智能識別技術得到長徑和短徑數據后計算出長徑比。這種方法最大的局限性有兩點,一個是取樣量小,受人為主觀影響大。這是因為是手工拍攝顆粒圖像,效率低且個人主觀意見決定了圖像的截取區域,要保證較大的采樣率工作量極大。二是常規顯微技術下拍攝的靜態針狀粉體圖片并不能保證針狀粉體有序的按照長徑方向排列。獲得的顯微圖像無法有效保證長徑和短徑的數據真實性。
針對靜態圖像測量技術在長徑比測試上的局限性,業內專家一直在探索更好的長徑比測量方法。最終,帶鞘流技術的動態圖像粒度粒形分析系統,成為了長徑比測試的首選設備。目前這種測量針狀顆粒長徑比的技術已經很成熟了。
所謂鞘流技術最初開發出來是應用在血球計數器上的。為了避免計數中血細胞從小孔邊緣處流過及湍流,渦流的影響,發明了鞘流技術。具體做法是用一毛細管對準小孔管,細胞混懸液從毛細管噴出,同時與四周流出的鞘液一起流過敏感區,保證細胞混懸液在中間形成單個排列的細胞流,四周被鞘液圍繞。該項技術也應用在動態顆粒圖像分析系統中,用以實現針狀顆粒同向排隊通過成像區,從而實現了針狀粉體按照長徑方向有序排列的目標。將有序排列的針狀顆粒利用數碼設備拍攝下來,通過軟件自動識別顆粒長短徑,從而精確測量長徑比。這種方法克服了靜態圖像顆粒分析系統因顆粒交叉、非水平狀態導致的數據失真,同時實時的動態圖像捕捉和數碼攝像技術的應用,自然而然的解決了取樣量和取樣人為主觀誤差問題,使長徑比分析變得簡便易行和具有很高的準確性。
據可靠消息,國內粉體物性檢測設備知名企業丹東百特公司的動態顆粒圖像分析系統就具備了應用鞘流技術測試長徑比的功能。以百特公司為典型代表的國內粉體物性檢測儀器設備企業的產品開發,在近幾年已經逐步從仿制改進階段過度到了自主研發,開拓創新階段。納米粒度儀、PM2.5大氣粉塵污染物檢測儀器、大量程激光粒度儀等新產品層出不窮。這是我們民族粉體行業的福音,也代表著中國粉體技術企業的脊梁。相信各位粉體圈同仁,只要保持著一顆銳意進取的雄心,就能夠在中國的粉體圈內撐起屬于自己的一片天地。
(粉體圈 作者:敬之)
作者:粉體圈
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