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纳米涂料之派勒超细纳米研磨技术交流(3)

作者:admin   来源:www.cnsanme.com   中研网   更新时间:2017-07-20 10:53

  马达利用皮带传动搅拌转子将动力由磨球运动产生剪切力(shearforce),浆料因Pump推力至研磨室移动过程中与磨球因相对运动所产生剪切力而产生分散研磨效果。其粒径小于研磨室内分离磨球与浆料之动态大流量分离器滤网间隙大小时,浆料将被离心力挤出至出料桶槽以便得到分散研磨效果。上述过程为研磨1个pass,若尚未达到粒径要求,则可以重复上述动作,通常大家称之为进行循环研磨,…直到粒径达到要求为止。

    上述流程可以下列图(三)之流程图表示并加以探讨说明如下:

工艺流程

    图(三)纳米级高速搅拌珠磨机之操控流程

    1)浆料前处理及预搅拌(Pre-mixing)

    本系统能否成功地达到研磨或分散目的,主要靠研磨介质(即磨球)大小及材质之选择是否得当。以笔者曾规划及实际试车数百厂经验,所选择之磨球需为0.1-0.4mm或以下。同时,为了让那么小的磨球能够在研磨过程中不受浆料于X轴方向移动之推力影响而向前堵在滤网附近而导致研磨室因压力太高因而停机,其搅拌转子线速度需超过10m/sec以上。同时,浆料粘度控制调整到100cps以下,以便让磨球运动不受浆料粘度影响。同时,浆料的固体成分(solidcontentbyweight)也需控制在35%以下,以防止研磨过程中因粉体比表面积之增加而导致粘度上升而无法继续使用小磨球。当然,为了避免0.3-0.4mm磨球从动态分离器流出研磨室或塞在滤网上,所以滤网间隙需调整到0.1mm。

    上述之关系可以整理成下列表(一)所示。

    表(一)纳米级高速搅拌珠磨机各种不同大小磨球之选择参考法则

 

磨球大小 最後um 起始um 黏度cps 固成份 %(wt) 濾網間隙 mm
0.3-0.4 mm < 0.1 < 20 < 100 < 35 0.15
0.4-0.6 mm < 1 < 40 < 1000 < 60 0.22
0.7-0.9 mm < 2 < 80 < 2000 < 70 0.3
0.9-1.1 mm < 10 < 150 < 5000 < 75 0.5
1.75-2.5 mm < 20 < 150 < 100000 < 83 0.6

 

    为了达到上述表(一)要求,于前处理或预搅拌时,需依下列法则准备研磨前之浆料,整理如下:

    (1)先决定所欲研磨之最后粒径需求(targetfineness)。

    (2)将浆料粘度(viscosity)﹑固含量﹑研磨前细度(startfineness)、(最终要求细度)Target之粒径做准备并满足表(一)需求。

    (3)预搅拌或前处理系统搅拌转子转速需为高线速度(Highspeed)设计。建议切线速度为2-13m/sec以避免浆料沈淀或不均匀问题产生。

    2)研磨机部份

    为了快速达到研磨粒径要求且使研磨机可以正常地运转,所需控制之法则及参数如下:

    (1)依照所需粒径要求选择适当的磨球。例如,若需达到纳米级要求且避免磨球损耗,需选择钇稳氧化锆磨球,莫氏硬度越大越好,磨球表面需为真圆,没有孔隙,磨球大小为0.05-0.4mm。磨球选择适当与否将会决定能否成功地研磨到所欲达到粒径要求。

    (2)依据磨球大小及浆料黏滞性调整适当的搅拌转子转速。一般纳米级研磨,转速需达12.5m/sec以上。

    (3)控制研磨浆料温度。一般纳米级浆料之研磨温度需控制在45℃以下。影响到浆料温度之主要参数为控制转子转速﹑磨球充填率﹑研磨桶热交换面积大小﹑冷却水条件及流量。

    (4)依据磨球大小选择适当动态分离系统间隙。一般间隙为磨球直径之1/2~1/3。

    (5)调整Pump转速。在研磨桶可以接受压力范围内,Pump的转速越大越好。

    如此,可以于同一研磨时间内增加浆料经过研磨机研磨次数以得到较窄粒径分布。

    (6)记录研磨机所需消耗之电能kW值。

    (7)取样时,记录每个样品之比能量(specificenergy)值,并于分析该粒径大小后,将比能量与平均粒径关系做出,以利将来Scaleup用。

    (8)达到所需比能量值时即可停机。此时,原则上已达到所需研磨分散平均粒径要求了。

    3)循环桶部分

    一般要得到纳米级粉体,均需利用研磨机研磨数十次,甚至上百次才可以达到纳米级粉体。为了节 省人力及有利于自动化﹑无人化操作,笔者极力推荐使用循环式操作模式(recirculationoperation mode)做纳米级粉体研磨其主要之考虑重点如下:

    (1)循环桶的大小不宜太大。一般若研磨机对大流量为3000l/hr时,则移动缸最大容量为500L。


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