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珠磨機運行過程中產(chǎn)品、鋯珠和機械設(shè)計之間的交互作用

2016-10-09 11:23:24| 次閱讀| 來源歐洲涂料雜志| 作者ECJ

摘要:優(yōu)化濕磨工藝

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  Norbert Kern,Bühler

  在涂料生產(chǎn)中,濕磨法是珠磨機中關(guān)鍵的一步。對影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的因素進行了討論。結(jié)果表明,通過調(diào)整研磨珠尺寸、密度和質(zhì)量,可顯著改進研磨質(zhì)量。

  近年來,對油墨和涂料的質(zhì)量要求顯著提高。油墨顏色必須非常生動,涂料使用壽命要求更長。但迫于壓力,制造商必須削減成本,通常是由價格決定原材料采購。同時,在使用改性配方和一些低端原材料時,也要保證最佳質(zhì)量。

  一個關(guān)鍵因素在于對珠磨機分散工藝的全面理解:只有通過產(chǎn)品性能、磨珠和研磨工藝之間的最優(yōu)相互作用,才能實現(xiàn)最佳結(jié)果。

  若研磨珠的尺寸、密度和質(zhì)量與分散工藝和加工工藝協(xié)調(diào)得當(dāng),則可提高工藝效率和懸浮液的質(zhì)量。通常采用珠磨機對油墨或涂料進行分散。這些系統(tǒng)都有一個轉(zhuǎn)子,使得大量小型磨珠進行相對運動,從而提供有效研磨。由于磨珠之間的物理摩擦恒定不變,彩色顏料的顆粒團聚體基本會被分解;主要的微粒會被潤濕,然后均勻地分布在液體載體中。

  顏色性能與分散體之間的關(guān)系

  對于油墨廠商來說,分散體的顏色性能至關(guān)重要。色強度、光澤和透明度很大程度上取決于濕磨工藝,并與粒徑分布直接相關(guān)。顏料磨得越細,其總表面積越大。這反過來提高了色強度。細磨的副作用就是,確定的色強度所需的顏料較少,這就提高了利潤率。為獲得更高的光澤,懸浮液的粒徑分布需要相對較窄一些。

  粒徑不能相差太大。粒徑太大或可能發(fā)生再凝結(jié)的太顆粒物,會對光澤造成負面影響,從而影響流動性。

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  最后,第三種顏色性能——透明度,也取決于粒徑。例如,木材保護面漆中的氧化鋅,必須經(jīng)過細磨,允許可見光通過,而紫外線則被吸收。

  在珠磨機中,通過壓力、沖擊和剪切力的有效結(jié)合,對顆粒團進行研磨。生產(chǎn)油墨和涂料是一種典型的分散工藝,這也就是剪切力重要作用的原因。

  團聚體受到移動液體影響后,可輕易被分解。剪切力是由磨珠之間的相對運動以及磨珠間形成的膜的相對運動產(chǎn)生。為達到較大的剪切力,必須使磨珠進行集中運動。該工藝的效率很大程度上取決于珠磨機的類型。

  全容量珠磨機需要大量磨珠

  在所謂的全容量珠磨機中(圖1),旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)部分之間的間距相對較大。因此攪拌器在磨珠中只能引起少量的運動,被激活的可能性也是有限的。

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  但是,如果系統(tǒng)采用較細磨珠運行的話,直徑為0.5~2 mm 左右,仍可實現(xiàn)相對較快的速度。為了確保機械摩擦的次數(shù)與較小磨珠系統(tǒng)相似,涂料制造商還可改變產(chǎn)品黏度,例如,通過增加顏料的比例,從20%增加到25%。

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  或者,可通過改變磨珠的密度來影響機械摩擦的沖擊力。可使用大量不同密度、不同材料的磨珠。例如,硅酸鹽磨珠,每公升重4.1 kg;氧化鈷密度范圍居中,6 kg/L,鋼磨珠,7.5 kg/L,位于高端。根據(jù)黏度不同,可使用其他材料。對于黏性懸浮液來說,由于其質(zhì)量較大,建議采用較重的磨珠,這是由于每個磨珠可向產(chǎn)品釋放和轉(zhuǎn)移更多的能量。

  不同珠磨機中的較小磨珠提高效率

  相比之下,當(dāng)油墨制造商采用稱為環(huán)縫珠磨機運作時,情況各不相同。在此加工區(qū)被布置為針腳對針腳的幾何結(jié)構(gòu)。這就使得磨珠可以充分激活起來,并且產(chǎn)生相對運動,能產(chǎn)生有效研磨。

  相對全容量珠磨機來說,這里使用的是較小的磨珠。這些較小的磨珠具有多方面的優(yōu)勢。加工區(qū)放的磨珠越多,所有磨珠的總體表面積就越大,就越有可能與顆粒團聚體接觸。這就是在環(huán)狀間隙珠磨機里,機械摩擦的沖擊次數(shù)較多的原因。

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  機械摩擦的沖擊力次數(shù)越高,意味著團聚體能夠更快地被分解。此外,為達到預(yù)期強度,磨珠無需太多加速度。這就減少了能量耗損。生產(chǎn)一噸懸浮液,所需功率可減少30%。

  另一個好處是,使用相同的能量可以使得生產(chǎn)率提高:同樣的時間可多生產(chǎn)懸浮液多達50%。但是,較小的磨珠也會帶來另一個挑戰(zhàn):其必須通過離心系統(tǒng)再次分離。這意味著磨珠不能太輕,否則,會卡在篩子中。

  為何磨珠的質(zhì)量是重要因素

  提供有各種尺寸的磨珠以適配不同的珠磨機以及不同的研磨任務(wù)(見圖3)。除磨珠的尺寸和密度之外,還應(yīng)考慮其質(zhì)量。濕磨法是一項能源密集型工藝。在攪拌的珠磨機里,磨珠之間的摩擦力相對激烈。全容量珠磨機的功率密度約為0.5 kw/L,而環(huán)狀間隙珠磨機可達到3.5~5 kw/L。這些應(yīng)變和應(yīng)力對磨珠的性能和用于加工區(qū)的材料有特殊要求。

  如果磨珠為低端材料,就會產(chǎn)生磨損并且磨珠粗糙的表面會對機械部件造成損傷。此外,此類磨珠會產(chǎn)生不規(guī)則磨損,并且一段時間后會變成扁豆形狀。這對分散結(jié)果會產(chǎn)生不利影響。為了確保持續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品,某些研磨工藝中應(yīng)盡可能采用高品質(zhì)磨珠。如果磨珠磨損均勻,那么,產(chǎn)品質(zhì)量就會持續(xù)保持并會延長機器使用壽命。

  高質(zhì)量磨珠并非總是必需品

  在實踐中,通常產(chǎn)品性能、磨珠和機械技術(shù)之間的互相作用比較復(fù)雜。在生產(chǎn)二氧化鈦的過程中,通過分散對表面進行處理。這通常是采用容量為500~1000 L的全容量珠磨機完成。這需要相對較大的磨珠,直徑為0.8~1 mm。由于產(chǎn)生的磨損為無色磨損,并且不會影響懸浮液的質(zhì)量,因此,推薦氧化鈷作為完成此工藝的磨珠材料。摩擦強度只有0.1~0.2 kw/L,允許使用低端磨珠。由于加工區(qū)是采用聚氨酯塑料作為襯里,因此,即使是粗糙面的磨珠也不會造成任何損傷。

  再有就是經(jīng)濟方面的考慮:若容量為1 000 L,磨珠的材料成本為重要因素。

  磨珠和材料與產(chǎn)品完全匹配

  一個迥然不同的實例就是對升華噴墨紡織染料的生產(chǎn)。需要對成品進行細磨,使粒度約為200 nm。同時,懸浮液不能含有任何研磨材料,否則噴墨打印機的噴嘴可能會堵塞。

  對于此次作業(yè)而言,將陶瓷或塑料內(nèi)里的環(huán)狀間隙珠磨機與由直徑為0.1~0.2 mm的氧化鋯制成的相對高質(zhì)量的磨珠結(jié)合,已證明有效。高質(zhì)量的陶瓷使得磨珠磨損均勻并且保持其圓形形狀。這樣就保護了機器。由于磨珠不會堵塞篩子,所以該工藝也是非常有效的。

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  換句話說,最佳分散體通常取決于多種因素。表1對其中的某些因素進行了總結(jié)。如果制造商生產(chǎn)新配方或加工新原材料,必須考慮到這一點,并且在必要時對所使用的磨珠進行調(diào)整。只有當(dāng)所有的參數(shù)之間協(xié)調(diào),才能使?jié)衲スに囉行В⑹箲腋∫哼_到預(yù)期性能。


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