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高性能砂磨机在颜料超细研磨中的应用

作者:admin日期:2020-08-15阅读
作为一种湿法超细粉碎设备,砂磨机广泛应用于油墨、油漆、染料、颜料、、合成纤维、皮革化工等行业的精细化,通常使用的机型为盘式、棒销式、环隙式等。
砂磨机粉碎原理是粗原料粒子在溶剂或水中利用高速旋转的分散盘或分散棒,带动小直径的研磨介质作回转运动,包括自转和公转,产生剪切力、挤压和摩擦力,使原料粉碎变细,以达到所需细度要求为止。影响砂磨机研磨效果的因素有颜料品种、树脂品种、黏度、砂磨温度、冷却水温度、研磨介质粒材料流变性等。
1砂磨机工作原理
 
目前在湿法粉碎领域应用的砂磨机种类很多,根据主轴的方式可分为立式砂磨机、卧式砂磨机,根据研磨结构又分为盘式砂磨机、棒销式砂磨机、篮式砂磨机等。文中介绍应用较多的盘式砂磨机和棒销式砂磨机的工作原理。
1.1盘式砂磨机工作原理
盘式砂磨机是连续操作的全密闭式的湿法研磨分散机械,由泵浦输送液体原料进入砂磨机密闭研磨缸内,再由主机推动多个盘形分散器使研磨珠高速运转,使原料在狭窄的研磨珠问隙中经加压高速旋转冲击,产生混合、乳化、分散、搓揉、滚动等研磨功能,迅速将物料颗粒磨细和分散聚集体,从而达到原料要求的细度和很窄的粒径分布范围。
研磨后再由高速旋转的分离器隙缝输出研磨缸外,而研磨珠仍被留在缸内,为一次研磨作业,连续研磨细度可达5岫以下。
1.2棒销式砂磨机工作原理
棒销式砂磨机因其搅拌部件不是盘型分散器,而是短圆柱状的棒销而得名。棒销一般较短但分散轴的直径,相应缩小了定子(砂磨机筒体)与转子(分散轴)之间的距离,即棒销式砂磨机的研磨室缝隙宽度比盘型分散器的砂磨机窄,因而研磨室内的密度分布比较均匀,使研磨后的物料能获得较窄的粒径分布。同时,密度的显著提高,研磨分散的效率随之。
送料泵将经过搅拌机预分散润湿处理后的固一液相混合物料输入简体内,在棒销式砂磨机的筒体内,高速旋转的转子连同旋转的棒销带动物料及研磨介质运动,而筒体是静止的,物料一边伴随研磨
介质旋转,一边被送料泵泵入的物料推动向出料口流动。在这个过程中,物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生更加强烈的碰撞、摩擦、剪切作用,达到加快磨细微粒和分散聚集体的目的。
分散作用主要发生在旋转棒销与简体间,此时旋转棒销外端线速度一般在8 m/s以上,能产生很大的速度差,形成很大的速度梯度,并产生强大的剪切力,从而促成了物料的分散。

2研磨介质对颜料超细粉碎的影响
 
在使用砂磨机对颜料进行湿法粉碎的过程中如何选择和使用研磨介质是决定研磨效率的关键性因素之一。
1研磨介质种类
常用研磨介质种类见表1。
表1常用研磨介质种类
常用氧化锆珠对比
2.2研磨介质密度对研磨效率的影响
从动力学角度来说,总动,可以得出:研磨介质的密度越大,它所获得的越大,撞击力和剪切力也相应,研磨效率就。
同物料的密度结合起来考虑,研磨介质与物料的密度差越大,研磨效率越好。
选择研磨炭黑为例,研磨介质分别选用玻璃珠(2.0~3.Omm)和江西某厂的硅酸锆珠(1.4~1.6 mm)进行试验,细度要求20 um,试验结果见表2。
研磨介质与研磨细度的关系
2.3研磨介质粒径对颜料研磨效率的影响
研磨介质粒径的大小与原料大粒径有关,原料粒径越大,原料本身的强度越大,要求研磨介质粒径大,以使研磨介质有足够的分散能力,但研磨介质粒径越大,终获得的产品粒径就越大。
为了获得粒径超细的产品,就必须选择粒径较小的研磨介质,研磨介质的粒径越小,相同体积内的数量就越多,研磨介质总表面积也越大,研磨介质之间的空隙就越小,因而就具有越大的分散研磨作用面积,并限制了物料的聚集,从而提高分散研磨效率。
湿法研磨粉碎主要是依靠研磨介质接触点所产生的剪切力来实现的。一般研磨介质的堆积因数Φ=0.639,一颗研磨介质就有4个接触点,如果研磨介质粒径小,单位质量的个数多,接触点就多。
堆积因数对研磨效率的影响见表3。

2.4研磨介质粒径对颜料色浆的分散性和色光的影响
采用不同粒径95%钇稳定氧化锆珠对酞菁绿研磨一定时间后,测定颜料颗粒粒径及其分布、分散性和色光,见表4。
表4不同粒径研磨介质对颜料颗粒粒径及其分布、分散性和色光的影响

可见随着研磨介质粒径变小,所得的颜料颗粒变小,分布更均匀,分散性,而且颜料色浆的亮度、绿度和鲜艳度均有所增加。
2.5研磨介质填充率对研磨效率的影响
研磨介质填充率对砂磨机研磨效率有着直接的影响,研磨介质填充率越大,研磨介质接触频率就越大,分散研磨能也随之,在相同研磨时间内产品的粒径就越小。砂磨机填充质量计算公式:
砂磨机锆珠填充量
3冷却水温度对颜料研磨效率的影响
 
冷却水温度对砂磨机在颜料生产过程中的研磨效率起重要作用,研磨介质在剧烈运动情况下,与研磨室内壁及研磨介质之间在冲击力、摩擦力的作用下,机械能转化为,产生大量的热量,随
着温度的升高,物料会发生凝集,成品粒子的质量就会下降。因此冷却水温度的高直接影响研磨室内的工作温度,从而影响研磨效率。
水性颜料的精细研磨温度≤35℃~40℃;涂装级产品,含液体印刷油墨和浓缩颜料温度≤50℃;工业涂料用黑色膏体的分散,尤其是汽车涂料温度≤40℃;纳米范围的光稳定多环颜料的研磨温度≤40℃;UV固化印刷油墨浓缩物的分散温度≤45℃。

4物料含固量对研磨效率的影响
 
物料含固量如何确定,也是一个关联因素较多的问题。如果含固量过,单位体积内物料颗粒少,那么被研磨粉碎的物料颗粒就少,并使研磨效率降。如果含固量过高,使物料颗粒间内摩擦加剧而导致耗能增加,研磨效率也会降。
使用棒销式砂磨机研磨钛白粉,验证含固量与研磨效率关系试验见表5。
固含量与研磨效率关系
试验数据对比可见:含固量提高33%,研磨时间会减少43%。所以,根据实际情况,适当的提高含固量,这对连续性生产效率的提高是很有效的。

5物料黏度对研磨效率的影响
 
一般而言,提高物料的黏度会改善研磨效果,但黏度过高,一方面会使物料温度上升,超过温度、压力上限,造成砂磨机自动停机,影响生产的连续性;另一方面,物料温度的上升又会使物料黏度下降,从而影响研磨效果。以研磨炭黑为例,不同黏度的研磨数据与研磨性能试验数据见表6。
物料黏度对研磨效率的影响
试验数据对比可见:如果物料黏度偏高,其颗粒包住了研磨介质,缓和了研磨介质对颜料颗粒的粉碎作用,使研磨效率降。因此,将物料黏度控制在一定范围内,才会得到更佳的研磨效率。
影响砂磨机研磨效率的因素有很多,还需要结合实际生产进行摸索与总结,以期探寻出适合的工艺。