В резиновой и пластмассовой промышленности распространено мнение, что чем мельче измельчен неорганический порошковый наполнитель, тем лучше будет его упрочняющий эффект.
В результате многие компании неуклонно повышали целевые показатели тонкости помола при закупке минеральных наполнителей, таких как тяжелый карбонат кальция и тальк. Эти требования выросли с 800 меш до 2500 меш и даже мельче. Однако в процессе производства часто возникают новые проблемы. Готовая продукция становится более хрупкой. Максимально допустимая концентрация снижается. Расход диспергатора увеличивается, а затраты на энергию для обработки растут. Расходы увеличиваются, но общее улучшение характеристик не оправдывает ожиданий.
Эти проблемы обусловлены множеством факторов, но часто упускается из виду одно важнейшее звено. Сухое сверхтонкое измельчение и тонкая классификация — это не просто измельчение до более мелких частиц и просеивание материала через сито. Напротив, обработка порошкового наполнителя — это систематический инженерный процесс. Он включает в себя выбор оборудования, согласование параметров, контроль распределения частиц по размерам и использование состояния поверхности.
1. Различия в методах помола: это не просто «Мелкий помол“
В настоящее время в промышленности для сухого сверхтонкого измельчения неметаллических минеральных наполнителей используется в основном шаровая мельница, вертикальная мельница с мешалкой, кольцевая валковая мельница, струйная мельница и механическая ударная мельница. Каждый тип работает на основе различных механизмов измельчения и подходит для различных задач.
- Шаровые мельницы и вертикальные мельницы с мешалкой Они основаны на сжатии, сдвиге и ударах мелющих тел для достижения измельчения. Они обладают высоким коэффициентом измельчения и могут надежно перерабатывать крупные частицы до микронного уровня. Однако износ мелющих тел может приводить к появлению примесей, а удельное энергопотребление относительно велико.
- кольцевые валковые мельницы В них используются принципы послойного измельчения материала. Энергопотребление таких мельниц обычно на 201–301 тонну меньше, чем у шаровых мельниц, что делает их подходящими для измельчения среднетвердых минералов, таких как кальцит и доломит. Форма частиц в значительной степени зависит от естественной спайности минералов, но послойное измельчение материала помогает сохранить или улучшить эти природные особенности.
- Струйные мельницы В них используется высокоскоростной поток воздуха для приведения частиц в движение в результате взаимных столкновений при измельчении. Они работают без мелющих тел, что обеспечивает высокую чистоту продукта. Это делает их идеальными для применений со строгими требованиями к белизне и низкому уровню загрязнения. Однако потребление энергии на единицу продукции высокое, составляя от 200 до 500 кВт·ч на метрическую тонну.
Выбор оборудования — это не выбор самого дорогого варианта. Вместо этого необходимо учитывать тип минерала, целевую тонкость помола, требования к чистоте и общую стоимость. Если для конкретного применения не требуется чрезвычайно низкий уровень примесей, использование струйной мельницы для производства порошковых наполнителей может оказаться нерентабельным.
2. Точная классификацияКлюч к стабильности качества продукции:
Если измельчение определяет степень дробления частиц, то классификация определяет, какие частицы могут стать конечным продуктом.
Частицы, образующиеся в процессе измельчения, естественным образом имеют широкий диапазон размеров, включая частицы целевого размера, неизмельченные крупные частицы и переизмельченные ультрамелкие частицы. Без эффективной классификации невозможно гарантировать стабильность распределения частиц по размерам от партии к партии.
В настоящее время для классификации сухих мелкодисперсных частиц широко используются турбовоздушные классификаторы. Принцип их работы основан на высокоскоростном вращении турбины, создающей центробежное поле. Эта сила совместно с сопротивлением воздушного потока разделяет крупные и мелкие частицы: крупные частицы отбрасываются наружу и возвращаются в мельницу, а мелкие частицы перемещаются с воздушным потоком в систему сбора в качестве готового продукта.
Здесь заслуживают внимания два ключевых технических момента:
Управление D50:
Показатель D50 напрямую влияет на максимальный предел размера продукта. Он зависит от скорости вращения турбины и объема воздуха. Он также зависит от концентрации и дисперсии материала в зоне классификации. Если концентрация подаваемого материала слишком высока, интерференция частиц снижает точность классификации. Это приводит к утечке крупных частиц. Даже при работе классификатора на высоких скоростях крупные частицы могут все еще появляться в готовом порошковом наполнителе. Первопричина часто кроется в неправильной концентрации подаваемого материала, а не в ограничениях машины.
Извлечение мелкодисперсного порошка:
В процессе эксплуатации часть мелкого порошка уносится крупными частицами или прилипает к их поверхностям, возвращаясь в мельницу вместе с ними. В результате мелкие частицы измельчаются многократно. Это не только увеличивает энергопотребление, но и может приводить к образованию избыточного количества микропорошков субмикронного размера. При добавлении в резину и пластмассы эти микропорошки часто являются основной причиной повышения вязкости расплава и снижения текучести при обработке. На практике эту проблему можно смягчить, контролируя соотношение твердой и газообразной фаз в зоне классификации, оптимизируя углы лопаток турбины и внедряя вторичную продувку воздухом.
3. Распределение частиц по размерам более ценно, чем один показатель тонкости помола.
На рынке традиционно используется термин «размер частиц в мешах» для обозначения тонкости помола наполнителя. Однако для ультратонких порошковых наполнителей решающее значение для эффективности применения имеет распределение частиц по размерам.
Два тяжелых продукта на основе карбоната кальция с одинаковыми значениями D50 могут вести себя совершенно по-разному в одной и той же рецептуре. Продукт с узким распределением частиц по размерам может обеспечить более стабильную текучесть расплава при компаундировании полипропилена (ПП). И наоборот, продукт с широким распределением содержит крупные частицы, которые могут вызывать дефекты поверхности готовой продукции, а также микропорошки с высокой маслопоглощающей способностью, повышающие вязкость расплава.
Поэтому для многих применений реальная цель состоит не в «более мелком размере», а в «рациональном распределении». Эта цель достигается главным образом за счет замкнутого цикла «измельчения, классификации и повторного измельчения». В замкнутом цикле классификатор выступает в роли привратника качества: только подходящие частицы могут покинуть цикл, в то время как крупные частицы возвращаются для дальнейшего измельчения. Такой подход эффективно предотвращает утечку крупных частиц и чрезмерное измельчение мелких частиц, которые часто встречаются в процессах с открытым циклом.
4. Планирование времени интеграции шлифовки и Модификация поверхности
Еще одна важная деталь процесса — использование новых поверхностей, образовавшихся в ходе шлифовки.
В процессе измельчения и расщепления минералов постоянно обнажаются новые поверхности с высокой поверхностной энергией. Эти новые поверхности, как правило, обладают более сильной адсорбционной способностью для модифицирующих агентов, чем старые, открытые поверхности. Добавление средств для обработки поверхности на соответствующем этапе измельчения или классификации позволяет проводить модификацию этих высокоактивных новых поверхностей непосредственно на месте. Это может повысить эффективность модификации или снизить дозировку агента при сохранении того же уровня производительности.
Для достижения этой цели необходимо разместить соответствующие дозирующие устройства на выходе из мельницы, внутри контура классификации или перед системой сбора. Также необходимо тщательно контролировать такие параметры, как дозировка, степень распыления и температура смешивания. Оптимизация этих технологических параметров часто дает лучшие практические результаты, чем просто переход на другой тип модификатора.
Измельчение и классификация являются основополагающими этапами в процессах наполнения порошками. По мере роста спроса на высококачественные резиновые и пластмассовые изделия, специалисты отрасли должны понимать эти основополагающие принципы. Освоение механизмов измельчения, контроль точности классификации, оптимизация распределения размеров и определение оптимального времени модификации поверхности создают реальную ценность. Вместо вопроса «насколько мелким может быть измельчение», ключевым моментом является определение «как измельчать более рационально». Для ответа на этот вопрос необходимо сбалансировать характеристики минералов, соответствие оборудования и процесса, а также потребности последующих применений.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен