粉末涂料粒径及粒度分布的指导意义

                                                史英骥

摘要：粒径和粒径分布式粉末涂料的重要参数，文章介绍了粉体材料的粒径和粒径分布定义，表示方法，以及在粉末涂料生产中的指导意义。

1、粒径的定义

当被测颗粒的某种物理特性或物理行为与某一直径的同质球体（或其组合）最接近时，就把该球体的直径（或其组合）视作为被测颗粒的等效粒径（或粒度分布）。

其含义包括：

粒度测量实质上是通过把被测颗粒和同一种材料构成的圆球体相比较而得出的；

不同原理的测量仪器采用不同的物理特性或物理行为作为比较的参考量，例如沉降仪选用沉降速度、激光粒度仪选用散射光能分布、筛分法选用颗粒能否通过筛孔等等；

将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时可以找到一个（或一组）在该特性上完全相同的球体（如库尔特计数器），有时则只能找到最接近的球体（如激光粒度仪）。

由于理论上可以把“相同”视作为“近似”的特例，所以在定义中用“相近” 一词，使定义更有一般性；

将待测颗粒的某种物理特性或物理行为与同质球体作比较时，有时能找到某一确定直径的球体与之对应，有时则需一组大小不同的球体组合与之对应才能最接近（如激光粒度仪）目标值。

2、粒度分布的定义

所谓粒度分布就是粉体样品中各种大小的颗粒占颗粒总数的比例。当样品中所有颗粒的真密度相同时，颗粒的重量分布和体积分布一致。在没有特别说明时，仪器给出的粒度分布一般是指重量分布或体积分布。

2.1 粒度分布的列表法与图示法

粒度分布最常见的表达方式是表格和曲线，分别称为粒度分布表和粒度分布曲线。粒度分布表实例见表1。

表1中黄色覆盖的部分表示5.81~6.88μm之间的颗粒重量占总重量的13.25%，小于6.88μm的颗粒占总重量的21.09%。

粒度分布曲线与粒度分布表相对应。粒度分布表给出了详尽的定量数据，它以形象、直观的方式表明了粒度分布情况，如图1所示。

2.2 粒度分布的公式表达法

通常采用Rosin-Rammler公式表达粒度分布。即：

式中，De是与X50(中位径)成正比的常数，N则决定粒度分布的范围。N越大，粒度分布范围越窄，表示样品中颗粒分布的均匀性越好。用公式表达粒度分布只在作理论研究时才用。

2.3 分体粒度的简约表达方式—特征粒径值

（1）中位径

中位径记作X50，表示样品中小于它和大于它的颗粒各占50%，如图2所示。可以认为X50是平均粒径的另一种表示形式。

在大多数情况下，X50与X(3,4)很接近。只有当样品的粒度分布出现严重不对称时，X50与X(3,4)才表现出显著的不一致。

（2）边界粒径

边界粒径用来表示样品粒度分布的范围，由一对特征粒径组成，例如（X10, X90）、（X16, X84）、(X3, X94)等等。

为便于阐明其物理意义，先假定粒度分布是重量分布，并且累积方向是从小到大。这时Xy就表示粉体样品中粒径小于Xy的颗粒重量占总量的y%。

对边界粒径大体上概括了样品的粒度分布范围。以（X10, X90）为例，表示小于X10的颗粒占颗粒总数的10%，大于X90的颗粒也占颗粒总数的10%，亦即80%的颗粒分布在区间[X10, X90]内。

有的仪器用户希望用最大颗粒直径描述样品粒度分布的上限，实际上这是不科学的。

从统计理论上讲，任何一个样品的粒度分布范围都可能小到无限小，大到无限大，因此我们一般不能用最小颗粒直径和最大颗粒直径来代表样品的下、上限，而是用一对边界粒径来表示下、上限。

2.4 粒度分布的离散度

离散度用来描述粒度分布的相对宽度或不均匀程度，定义为：

离散度=分布宽度/平均粒度

如果用X50代表平均粒径，那么就用（X90-X10）代表粒度分布范围。

2.5 比表面积

粉体的比表面积（SSA）是指单位重量（体积）的样品中所有颗粒的表面积之和。比表面积的表达公式：

K称为形状系数，ρ表示粉体样品的真密度，D（3,2）是样粉的表面积平均粒径。当粉体颗粒为球形时，K=6。几何学告诉我们，在相同的体积下，圆球形的颗粒表面积最小，所以K≥6。

3、粉末涂料的粒径及其分布

对于粉末涂料来说其粒径和粒度分布的含义符合以上内容。对以上知识的掌握有利于对粉末涂料品质和使用方面的了解。

粉末涂料的粒径和粒度分布涉及到粉末涂料的熔融速度、带电性能和对工件的上粉率。可以通过粉末涂料的粒度分布数据和粒度特征参数对磨粉设备进行性能方面的评价和工艺方面的调整。

图3和图4是用激光粒度分布仪测出的两个粉末涂料产品样粉的粒度特征参数和粒度分布图。

从图3可以看出，该测试样品的平均粒径D（3,4）为33.20μm；中位径D50为30.52μm；表面积平均粒径D（3,2）为19.25μm；比表面积AASw为0.31m²/mL。

粒径按照由小到大分布，10%处的粒径D10为10.93μm（或小于10.93μm的颗粒占10%）；25%处的粒径D25为18.90μm（或小于18.90μm的颗粒占25%）；75%处的粒径D75为44.54μm；90%处的粒径D90为58.73μm。

D50 － D（3,4）=30.52 － 33.20=-2.68（μm），表示粒度分布的对称性较好。粒度分布的离散度=（D90－D10）/D50=（58.73－10.93）/30.52 ≈ 1.5662。从粒度分布图看出微分分布的峰高大约在11%处。

图4样品的D50－D（3,4） =39.88－46.19= －6.31，表示粒度分布的对称性较差。其粒度微分分布的峰高大约在8.7%处。

无论从图3、图4还是表2我们可以看出图3样品比图4样品的粒度分布宽、对称性差，从各自的D10也可以看出图4的超细粉偏多。

这些测试结果还要对应粉末涂料产品的使用情况进行数据积累、评估，才能够对粉末涂料产品形成有效评价的指导依据和生产控制依据。

（本文源自网络，仅供学习交流）