濕法研磨工藝的優(yōu)化

1、濕法研磨工藝的優(yōu)化在濕法珠磨過程中物料.研磨珠和機(jī)械設(shè)計(jì)如何互相配合作者：布勒瑞士產(chǎn)品管理及工藝匸程總監(jiān)羅伯特肯翻譯：布勒中國(guó)研磨與分散部高級(jí)銷售經(jīng)理文小威在涂料的生產(chǎn)中濕法研磨是關(guān)鍵的工藝步驟。本文討論了影響產(chǎn)品質(zhì)最及產(chǎn)最 的因素。研究發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中使用的研磨珠尺寸、密度、質(zhì)量與珠磨機(jī)類型配合可極大提 升產(chǎn)品的質(zhì)量及產(chǎn)量。近年來油墨與涂料的質(zhì)量要求有了非常大的提高。不僅色彩需要非常鮮艷，涂層 也需要更高的耐久性。同時(shí)制造商也承擔(dān)著很大的降本壓力，價(jià)格往往成為原材料采 購的主要決定因素。然而，即便配方改變或使用更經(jīng)濟(jì)的原材料，質(zhì)量仍然需要得到 保證。在這個(gè)半衡中獲得成功的關(guān)鍵足對(duì)珠磨機(jī)分敬匚藝的全

2、面理解。只有通過產(chǎn)品特 性、研磨珠和設(shè)備特點(diǎn)的優(yōu)化結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的結(jié)果。分散如何影響顏色特性對(duì)于油墨生產(chǎn)商.懸浮液的顏色特性非常關(guān)鍵°色強(qiáng)度、光澤和透明度很大程度 上山濕法研磨匸藝決定并與粒徑分布相關(guān)。顏料被研磨得越細(xì)，它們的總表面積就越大，繼而增加了色強(qiáng)度。這也意味著實(shí) 現(xiàn)規(guī)定的色強(qiáng)度需要的顏料越少，收益增加。為了實(shí)現(xiàn)更島的光澤，懸浮體的粒徑分布需要變得更窄。粒徑不能差別過大。過 大或過小的顆粒都會(huì)對(duì)光澤產(chǎn)生不利的影響。而且過小的顆粒更容易重新團(tuán)聚，進(jìn)而 降低物料的流動(dòng)性。第三個(gè)重要的顏色特性，透明度，也由粒徑分布決定。舉例來說，家具漆中使用 的氧化鋅就需要被研磨到非常細(xì).這樣才

3、能讓可見光通過的同時(shí)吸收紫外線。在珠磨機(jī)中團(tuán)聚的顆粒通過床緊、撞擊和剪切力的有效結(jié)合被研曆。油墨和涂料 的生產(chǎn)都是典型的分散任務(wù)，剪切力在其中都扮演著重要的角色。研磨珠相對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)研磨珠中間的膜狀物料產(chǎn)生剪切力。為了實(shí)現(xiàn)更大的剪切比例, 研磨珠需要進(jìn)行強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)。加工效率很大程度上取決于珠磨機(jī)類型。對(duì)于粘性物料, 推薦使用更重的研磨珠。全容積珠磨機(jī)適合大尺寸的研磨珠對(duì)于全容積珠磨機(jī)（圖1）來說，運(yùn)動(dòng)和靜止部件間的空間相對(duì)較大。因此攪拌 器對(duì)堆積的硏磨珠僅能產(chǎn)生少量的湍動(dòng)，獲得的動(dòng)能有限。如果系統(tǒng)使用稍大的直徑0.5至2亳米的研磨珠，單個(gè)研磨珠仍然可獲得較高的 動(dòng)能。為了確保獲得和使用小研磨珠一樣

4、數(shù)量的機(jī)械撞擊，涂料生產(chǎn)商也能改變物料 的粘度，比如將顏料含量從20%增加至25% o或者改變研磨珠的密度來增加機(jī)械摩擦 的數(shù)量。不同研磨珠的密度各不相同。比如硅酸鉆珠的密度為侮升4.1公斤；氧化皓 珠次之，為每升6公斤；鋼珠最重，為7.5公斤每升。根據(jù)物料的粘度，也可使用其 它類型的材質(zhì)。對(duì)于粘性物料，推薦使用更重的研磨珠，由于密度更大，可以將研磨 珠攜帶的能量更多地傳遞到產(chǎn)品上。研磨珠越小，效率越高當(dāng)油墨制造商使用環(huán)形間隙珠磨機(jī)（圖2）時(shí)，情況就不同了。研磨區(qū)域內(nèi)交錯(cuò) 排布了棒銷。這使得研磨珠實(shí)現(xiàn)了很高的移動(dòng)速度并帶來了非常好的有效研磨。這些更小的研磨珠有著非常多的優(yōu)勢(shì)。如在研磨區(qū)域內(nèi)有更

5、多的研磨珠，更高的 研暦珠總表面積和更多的撞擊。這也是為什么在環(huán)形間隙珠磨機(jī)內(nèi)的機(jī)械摩擦沖擊數(shù) 量更多。機(jī)械摩擦越多，團(tuán)聚體打開得越快。刃外，硏磨珠需要更少的加速度即可實(shí)現(xiàn)需 要的研磨強(qiáng)度。單位能量消耗也能相應(yīng)降低。如果研磨1噸的懸浮料，可降低30%的 總能量消耗。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)則是在同樣能量消耗的前提下產(chǎn)量更高：同樣生產(chǎn)周期內(nèi)可提高50% 的產(chǎn)最。然而小研磨珠也帶來其它挑戰(zhàn)：需要通過一個(gè)離心系統(tǒng)與物料進(jìn)行分離。這 也總味著研解珠不能太輕，否則他們就會(huì)粘在篩網(wǎng)上。密度達(dá)6公斤每升的氧化錯(cuò)珠 因此被廣泛使用。為什么研磨珠質(zhì)量是非常重要的因素市面上供應(yīng)的研曆珠有非常多種的尺寸，滿足不同的珠磨機(jī)和不同

6、的研磨任務(wù) （見圖3）。除了研磨珠的尺寸和密度，其質(zhì)量也是需要考量的因素。濕法研磨是能量密集的工藝。在一個(gè)攪拌式珠磨機(jī)內(nèi)，研磨珠的撞擊相對(duì)強(qiáng)烈。 全容積珠磨機(jī)的能量密度約0.5千瓦每升，而環(huán)形間隙式珠磨機(jī)能達(dá)到3.5至5千瓦每 升。這些對(duì)硏磨珠的性能和研磨腔內(nèi)使用的材質(zhì)提出了特殊要求。如果研磨珠采用了較差的原材料，當(dāng)磨損產(chǎn)生時(shí)，研磨珠的粗糙農(nóng)面就會(huì)對(duì)設(shè)備 的部件產(chǎn)生損害。而且，研磨珠會(huì)不均勻的磨損，變成扁平狀。這會(huì)對(duì)分散結(jié)果產(chǎn)生 不利影響。為了確保產(chǎn)品穩(wěn)定的高質(zhì)量，對(duì)于一些特定的研磨工藝，需要使用高等級(jí)原料制 成的研磨珠。如果研磨珠均勻磨損，產(chǎn)品質(zhì)最就能保持稅定并延K設(shè)備的使用壽命。不是任何時(shí)

7、候都需要用高質(zhì)量的研磨珠產(chǎn)品特性、研磨珠和設(shè)備技術(shù)間的互相作用通常是很復(fù)雜的。如在生產(chǎn)二氧化鈦 時(shí)，需要通過一個(gè)分散步驟對(duì)表面進(jìn)行處理。通常會(huì)用到5 0 0至1 0 0 0升的全容積珠磨 機(jī)。該工藝就要求相對(duì)較大的如0.8丄0毫米的研磨珠。山于其磨損不會(huì)對(duì)懸浮液質(zhì)量 造成影響,一般會(huì)推薦使用氧化鏈材質(zhì)的研磨珠。能量密度僅為0.1-0.2千瓦每升，一 些低檔的研磨珠也能使用。因?yàn)檠心^(qū)域內(nèi)襯了聚氨酯塑料，因此粗糙的研磨珠農(nóng)面 也不會(huì)產(chǎn)生任何曆損。處于經(jīng)濟(jì)性的考慮：對(duì)于1 0 0 0升容量的設(shè)備，硏磨珠的成本也是非常大的一個(gè)因 素。研磨珠與設(shè)備材質(zhì)需要與產(chǎn)品契合一個(gè)很不同的例f是熱轉(zhuǎn)印紡織染料噴墨

8、的生產(chǎn)。最終產(chǎn)品需要研磨到20 0納米 左右的極低粒徑。同時(shí)，懸浮液不能包含任何磨損性物料，否則噴墨打印機(jī)的噴頭可 能會(huì)被堵塞。對(duì)于該應(yīng)用，采用陶瓷或塑料內(nèi)襯的環(huán)形間隙珠磨機(jī)與直徑0.1-0.2毫米的高質(zhì)量 氧化鉆研磨珠配合證明非常高效。島質(zhì)量的陶瓷能確保研磨珠均勻磨損，始終保持圓 形。這也保護(hù)了設(shè)備。研磨珠也不會(huì)堵塞分離篩網(wǎng)，效率非常啟j。換句話說，一個(gè)優(yōu)化的分散工藝取決于多種因素。在表1中對(duì)部分因素進(jìn)行了總 結(jié)。如果制造商需要處理新的配方，可對(duì)這些因素進(jìn)行考慮。如果必要?jiǎng)t進(jìn)行調(diào)整， 如更改使用的研磨珠。僅僅只有所有這些參數(shù)互相配合，濕法研磨的工藝效率可更高, 產(chǎn)品可達(dá)到需要的特性?！拔覀円?/p>

9、直推薦鉞穩(wěn)定或鈣穩(wěn)定氧化鉆珠”三個(gè)問題市場(chǎng)上研磨珠的供應(yīng)商非常多。在選擇合格供應(yīng)商時(shí)是否困難或僅僅依 靠?jī)r(jià)格來決定？市場(chǎng)上丄要有兩種原料，U本產(chǎn)陶瓷粉末和中國(guó)產(chǎn)陶瓷粉末。粉末經(jīng)過加工后再通過 燒結(jié)法或熔融法制成研磨珠。換句話說，研磨珠的加工方法不同，其質(zhì)量也不相同。是否有硬指標(biāo)幫助選擇使用何種研磨珠？就我們的研磨設(shè)備范尉而言，我們總是推薦張或鈉穩(wěn)定的氧化錯(cuò)珠。這些研磨珠有極 高的密度和耐磨性能。拓密度有助于通過離心力將研磨珠從物料中分離出來。而且， 高耐磨性能也可降低珠磨機(jī)的磨損。什么是選擇全容積或環(huán)隙珠磨機(jī)的關(guān)鍵考慮因素？這取決于批量大小、靈活性和研磨要求。如果客八需要使用單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)不同的

10、產(chǎn)品 或顏色，小研磨腔的設(shè)備（環(huán)隙式）則更合適。如果物料本身要求使用更小的研磨珠 時(shí)，小研磨腔也更合適。另-方面，曲生產(chǎn)大批量單位能量消耗較低的物料時(shí)，全容積珠磨機(jī)這比較合適。圖1全容積珠磨機(jī)研磨腔示意圖圖2環(huán)隙式珠膺機(jī)研磨腔示意圖圖3研磨珠粒徑尺寸廣泛，此處進(jìn)行放大對(duì)比0 0 00 0 0800 pm200 pm50 pm表i硏磨珠密度與直徑和物料粘度如何配合以獲得高效研磨（僅供參考：能量輸入和 珠曆機(jī)內(nèi)局部剪切速率不同，粘度也可能有很大不同）產(chǎn)品粘度范圉 mPA.S最小研磨珠密度P g/cm 3 】研磨珠直徑范Wh最小最 大0.2 -501.0 （聚合物）60 （如 "Draison"鐵/絶穩(wěn)定系列30*300微米2 0 -2003.6 （陶瓷