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采用沉浸式研磨机技术快速制备纳米分散体-(新闻)

2022-08-09 来源:白银机械信息网

采用沉浸式研磨机技术快速制备纳米分散体

【中国牛涂网,NTW360.com新闻资讯】

问题

第一个问题是生产出来的筛分装置要一致,狭缝间隔高度准确一致以防止很细的介质从研磨机溢出。当所用的介质粒径小于等于0.3 mm时,筛的狭缝要足够一致,以保证一定尺寸的粒子不会通过。这样能防止介质通过筛网同时又要考虑进料快速通过筛网okmart.com。此外,筛的总的敞开区域必须与介质活动区域的快速通过量相适应。

第二个问题是防止研磨腔内的介质通过进料口溢出。漂浮以及筛分区域的压力增加会导致介质区域向腔体内有空隙的区域扩张而导致介质从上端的进料管溢出。

第三个问题是防止介质从支撑轴的轴衬和轴之间机械缝隙泄漏,因为介质会通过研磨腔的筛的底部并与下面的抽吸式叶轮接触。

最后一个问题是随着在介质区域活动性的大幅度增加,进料快速通过,同时也提高了单位时间内介质与聚集体接触的次数。

解决问题

通过确保筛的狭缝大小一致可解决第一个问题。通过豪美(Hockmeyer)的技术革新和精确的生产工艺可避免筛的变形。

上端的进料管

在研磨腔的上端进料管上增加一个螺旋钻可解决第二个问题。螺旋钻有几个作用。开始时将恒定量的物料送至研磨腔,并防止最初将研磨头浸入料液中时介质区介质的漂浮。

螺旋钻迫使大的聚集体与介质一起呆在研磨腔内直至足够小才能通过筛网。在这种情况下,螺旋钻像“管理者”一样让上端进料管中的物料沿螺旋钻滑下而不是向研磨腔增压。“管理者”管理的结果是介质区不再扩张,且消除了介质通过上端进料管的损失。

大颗粒聚集体的流速受螺旋钻速度的控制。聚集体的粉碎受液珠强度和在篮内的停留时间所控制。通过选择合适倾斜度的螺旋钻,可将速度调大或调小。这需要消耗非常高的能耗,活动频繁的区域使用颗粒很小的介质。很小颗粒的介质其直径小于等于0.3 mm。

支撑轴的轴衬

通过研制HCPN离心栓柱可解决第三个问题。柱设计成能产生足够的离心力使介质远离筛底部的支撑轴的轴衬。

增加介质的震荡频率

随着介质的粒径变小,接触的次数会增加。液珠之间的空隙空间变得更小,降低了聚集体藏在接触点之间的机会。然而,这也会导致流动区域不活跃。液珠开始变得越来越像固体,变得几乎不能被大多数的浆料渗透。

结果是造成液封和堵塞筛网。液珠区域的流动会增加浆料流过的能力。流动度越高,浆料通过研磨机的速度越快,可再让其他的浆料通过。规定时间内通过的浆料越多,分散体的制备就越快。介质区域的活动度越高,流动性就越好。通过大大增加单位时间内介质和进料的接触次数可实现这一目的,这样通过高频率的接触就能让浆料快速通过。

不再需要串联式研磨

豪美设计的研磨机(HCPN研磨机)得到的预分散体为纳米分散体而不会堵塞筛网。HCPN研磨机已生产出甲醇紫罗兰、红宝石、超透明黄色滤饼、酞菁蓝蓝色滤饼、天蓝和许多难以分散的颜料的分散体,通过采用0.8 mm的介质直接通过高速分散机在很短的时间内预混合成纳米分散体。不需要对较大的介质进行预研磨。过去认为所用介质的直径要比最大的聚集体大10倍的观念已过时了。理由是:关键是将充分高的能量分配到介质珠区域,本文后面会做进一步详细讨论。

这些颜料在某些情况下,尤其是黄色滤饼,在开始研磨时聚集体直径达1/2英寸,大约需要2小时可使所有粒径分布低于可见光波长。

没有停留

在用足够小的介质制备纳米分散体时,除了要解决夹带问题外还存在其他问题。例如,研磨腔内的介质在任何时间、任何区域都不能停留。较大的介质(大于0.3 mm)通常不成问题。然而,较小的介质就会出现许多问题。介质粒径变小,流动区域的活动度就变得非常重要。

液珠活动区的动能分布

随着介质越来越小,单个介质珠的质量下降。如果目的是以与较大介质产生相同的能量来碰撞聚集体,则必须增加速度。粒子的动能等于粒子质量的一半乘以速度的平方。介质珠本质上是球形的。球的体积(也就是质量)随半径的三次方而变化。当小介质珠的半径为大液珠的1/2时,其质量为大介质珠的1/8。因为动能随速度的平方而变化,最终结果是小介质珠的速度必须是大介质珠的2.8倍,才能与大介质珠具有相同的动能。

通过增加叶轮装置的速度可增加单个介质珠的速度。然而,由于是反栓销装置使高速叶轮运作。没有它,高速只会使介质珠产生离心作用而对研磨几乎没有影响。这两方面同时改进才会增加流动区域的活动性,使其向活动频繁区前进;速度越快,单位时间内接触的次数越多,进料的通过量就越大。

随着介质粒径下降,桨叶速度要增加来补偿单个介质珠质量的降低。尽管需要较快的速度来补偿介质珠的质量下降,由于被研磨的粒子同样也很小,所有每个介质珠需要的动能并不一定需要与较大的介质相同。

实际结果是与相同量的大介质珠相比,每升小介质珠仍需要较大的功率。由于介质珠粒径下降,每个介质珠还需要用成正比的较少的功率来打碎较小的粒子;每升介质珠的数量急速增加。每升介质珠功率的增加表明其本身在介质珠/浆料中具有较高的热能。假定浆料内的温度能控制,达到规定要求所需要的时间就会减少。这是一个基于输入功率等于输出功率的示例。HCPN研磨机的设计使得介质珠区域的功率分布更均有,这样,这样每个介质珠就有更多的动力,就不存在与液封有关的问题。

从理论上讲,要在小介质珠上获得每个介质珠相同的输入功率,则每升介质珠的输入功率将会增加若干倍,相当于增加速度的2.8倍。然而,由于介质珠和聚集体的相对质量下降,打碎较小的聚集体所需要的每个介质珠的平均输入功率也会下降。尽管螺栓的梢速增加明显需要更多的功率,但许多因素都会影响研磨特定产品所需要的实际功率。这些因素包括黏度、流变性、比重、介质珠大小和所用叶轮的类型。一般来说,根据到目前为止的豪美实验室试验结果,采用小粒径介质的纳米沉浸式研磨机(粒径小于0.8 mm)所需功率是传统的反螺栓研磨机(粒径大于等于0.8 mm)的二至三倍。从表面上看阻止去聚结的因素似乎应是流动区域活动度的下降或单位时间内与介质珠接触次数的减少。提高介质的活动度可防止浆料在流动区域停留和继续进行去聚结过程。没有这些活动性,过程会大大减慢,要进一步加快过程变得漫长而又艰难。需要增加另外的功率输入和增加螺栓的平均速度来保持活动度,否则过程会变得缓慢、流动区域被堵塞,很少或几乎没有料液能通过。

一旦较小的介质珠与料液达到平衡,其中介质珠比料液的粒子大约1 000倍,将粒径进一步减小到最小有效范围将变得很慢。要继续减小粒径,需使用更小的介质。然而,我们试验时采用较快的螺栓速度而没有改变介质的大小,结果发现与通常较慢的螺栓速度相比,获得较小粒径的研磨得到明显改善。

如果介质珠直径不变而通过改变螺栓的速度来增加动能,产生的高速震荡频率会进一步促进分散的进行。更频繁的碰撞外加每个介质珠相对较高的功率补偿了介质珠粒径的减小。尽管高频率和高通过量很有价值,但它们不是万能的,最终会达到某一个临界点,此时只能进一步减小介质珠来改善分散性。

本文的前面给出了意见,在新技术中,可将传统建议介质珠直径与聚集体直径之比为反过来的10比1。提高和平均分配每升介质珠的输入功率能使过程继续进行,这是因为分配到每个介质珠的能量成正比增加。没有这种增加的分配功率,将比值翻转是不可能的,介质珠将不能征服其要碰撞的质量比它大得多的聚集体。

热的产生和除去

每升介质的功率增加而浆料的量保持不变时,产生的热会增加,这成为另一个需要解决的问题。豪美设计了一种高效热转移装置来进行冷却,它就在沉浸式研磨机下端出料管的下面。冷却水是这样流过装置的,底部的桨叶被低水量管围绕着,研磨机推动浆料进行热交换。

试验证明:当以每升介质10马力的功率来驱动HCPN-1型沉浸式研磨机时,系统能保持100 ℉的温度。每升介质在两个多小时内处理5加仑的颜料,对其施加10马力的功率,采用带夹套的罐、冷却罐和冷却螺旋管的组合装置,能除去这一过程产生的热。

批量生产

卧式研磨机生产商通常认为,在几小时内反复运转研磨机增加的产量约为理论批量的12至16倍。沉浸式研磨机每分钟将批量翻了12至16倍,在一个循环内翻了数千倍。这样得到的粒径分布范围窄,外观质量得到改观,如颜色、透明度、光泽等。

利用标准沉浸式研磨机的这种性能,以及其能处理很小的介质和不采用其他许多情况下常用的层叠式研磨的优点,HCPN在处理技术方面是真正向前迈了一步。

概述

因为我们知道研磨过程的特点和要求,纳米研磨机变得越来越实用。该技术的一个重要特点是能有效处理越来越小的介质。然而,同样重要的是发明了介质/进料分离技术、介质与料液之间大量、快速的能量交换以及温度的良好控制。操作该设备时了解和控制实际发生的过程是我们继续要面对的一项挑战,并且要把它变成现实。

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