颗粒材料—物理性能测试第3部分：流动性指数的测量起草工作

主要起草单位：北京粉体技术协会、机械科学研究总院青岛分院有限公司、北京市理化分析测试中心、丹东市百特仪器有限公司、中国科学院过程工程研究所、浙江瑞堂塑料科技有限公司、安徽国泰众信检测技术有限公司、池州市大恒生化有限公司、国家非金属矿深加工产品质量监督检验中心、广州市博勒飞粘度计质构仪技术服务有限公司、中国计量科学研究院、中机生产力促进中心。

主要起草人：周素红、高原、孙振田、马飞、丁晓炯、蒋楠、刘俊杰、李兆军、温原、余方、张立新、陈洪周、宋正启、董青云、潘俊杰、张文阁、方荣、王啟锋、徐崧民、侯长革。

2018年12月28日，《颗粒材料—物理性能测试第3部分：流动性指数的测量》发布。

2019年7月1日，《颗粒材料—物理性能测试第3部分：流动性指数的测量》实施。

这些方法均属宏观流动性测量方法，一般不考虑粉体流动性的微观机制。卡尔指数法测定粉体样品休止角、崩溃角、差角等参数，然后按指定方式加权加和，得到一种表征粉体流动性的流动指数和喷流指数。此法直接用经验测量法测定，这对简化测试而言是优点，对深入分析粉体流动性而言则是一种缺点。此外，用各种仪器进行卡尔指数法的参数测试，测试误差还比较大，测试的稳定性尚有待解决。比表面积法用单一的比表面积值固然能表示颗粒的总体粗细水平，但是却无法反应颗粒群粒度分布状况，测试方法操作复杂。简尼克法测定样品的有效内摩擦角、内摩擦角、壁摩擦角、容重和无侧界屈服强度等五个性能指标，结果对粉体特性的反应较为准确，但是测试需要用到大量粉体和使用非常精密的仪器，测试数据较多，测试过程操作复杂、要求严格，而且并不能反应出粉体颗粒的粒度组成，不适用于有毒、微量粉体的测试。

卡尔通过对2800种粉体试样进行测定，归纳提出了一套比较全面的表征粉体流动性的方法，即对粉体的安息角、压缩率、平板角(铲板角)、凝集率(对于细粉料)或均匀性系数(对于粗粉料)等指标进行测定，将测定结果换算成表示其高低程度的点数(每项以25点为满值)，然后采用“点加法”得出总点数作为流动性指数Ⅳ，并以此流动性指数来评估粉体的流动性。卡尔流动性指数法认为，Ⅳ≥60的粉体为流动性较好的粉体，便于输送操作；60>FI≥40的粉体容易发生输送管道的堵塞；FI<40的粉体为流动性不好的粉体，不便于输送操作，并且后两者在生产过程中都需要采取助流活化措施。例如，日本清新公司制作的MT一1000型多功能粉体物性测定仪就是在卡尔流动性指数法的基础上建立的，该测试仪可以同时测定卡尔指数所必需的4个检测项目。在卡尔流动性指数法测定的4项指标中，应用较多的是安息角，甚至还有人简单地用安息角来代替卡尔流动性指数。

安息角(又称堆积角、休止角)。是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与水平面所形成的最大角度。安息角常用来衡量和评价粉体的流动性。安息角有两种形式：一种称为注人角(即堆积角)，指的是在一定高度下将粉体注入到某一理论上无限大的平板上所形成的安息角；另一种称为排出角，指的是将粉体注入到某一有限直径的圆板上，当粉体堆积到圆板边缘时，如再注入粉体，则多余粉体将由圆板边缘排出而在圆板上形成的安息角。这两种形式的安息角在数值上是有差别的，这种差别与粉体的粒度分布有关。一般来讲，粒度分布比较均匀的粉体所形成的两种形式的安息角在数值上差别不大，但对于粒度分布比较宽的粉体，排出角与注入角相差很大，通常是排出角大于注入角。

安息角的测定方法有很多种，相对于火山口法、排出法、容器倾斜法和回转圆筒法，残留圆锥法和等高注入法的干扰因素比较少，但圆锥体的高度与底部直径对安息角的测定均有一定的影响。对粒度较粗的粉体堆积时，很容易出现分料现象，使堆积料的粒度分布不均匀。对黏结性比较强的粉体物料，粉体的黏结力对粉体的流动性影响比较大，因而只宜采用残留圆锥法和等高注入法来测定其注入角。火山口法和排出法这两种方法在测定黏结性比较强的粉体物料时，其排出角一般比注入角大。容器倾斜法和回转圆筒法这两种方法因粉体物料层受容器的形状限制比较厉害，因而测定的粉体安息角的值一般偏大，但用这两种方法测定充气性粉体的安息角比较适宜。

流动性的标准计算项目是：

①差角。休止角与崩溃角之差称为差角。差角越大，粉体的流动性与喷流性越强。

②压缩度。同一个试样的振实密度与松装密度之差与振实密度之比为压缩度。压缩度也称为压缩率。压缩度越小，粉体的流动性越好。

③空隙率。空隙率是指粉体中的空隙占整个粉体体积的百分比。空隙率因粉体的粒子形状、排列结构、粒径等因素的不同而变化。颗粒为球形时，粉体空隙率为40%左右；颗粒为超细或不规则形状时，粉体空隙率为70%～80%或更高。