Jakie parametry procesowe są krytyczne przy dyspergowaniu aglomeratów w proszkach ceramicznych, w zakresie czasu, intensywności i narzędzi?
Przy dyspergowaniu aglomeratów w zawiesinach ceramicznych krytyczne są przede wszystkim czas, intensywność i geometria narzędzia. Parametry te nie działają osobno, lecz jako sprzężone wielkości nastawcze, ponieważ wspólnie decydują o tym, czy aglomeraty zostają rzeczywiście rozbite, czy zachodzi jedynie przemieszczenie bez trwałej deaglomeracji.
1. Czas
Czas dyspergowania decyduje o tym, jak długo układ jest obciążany mechanicznie i jak całkowicie aglomeraty zostają rozpuszczone. Zbyt krótkie czasy prowadzą często do aglomeratów resztkowych, lokalnej niejednorodności, a tym samym do wad w masie lejnej, wyrobie surowym i strukturze spieku.
Zbyt długie czasy dyspergowania są jednak również krytyczne. Zwiększają wprowadzanie energii, mogą niepotrzebnie ogrzewać zawiesinę, wpływać na układy dodatków, a przy ceramikach ściernych nasilać także zużycie narzędzi lub ścieranie cząstek. W wielu układach pojawia się dlatego optimum, od którego dalszy czas nie przynosi już prawie żadnej poprawy rozkładu cząstek.
2. Intensywność
Intensywność nie oznacza tu „mieszania” w klasycznym sensie, lecz obciążenie mechaniczne konieczne do rozbicia aglomeratów. Decydujące są przede wszystkim siły ścinające, lokalne wprowadzanie energii, gęstość mocy oraz rzeczywiste obciążenie cząstek w polu dyspergowania.
Zbyt mała intensywność wywołuje zwykle tylko makroskopowe przemieszczanie materiału, ale nie skuteczne rozbicie twardych aglomeratów. Zbyt duża intensywność może natomiast prowadzić do niepożądanych skutków ubocznych, na przykład do ogrzania, zmienionego zachowania przepływowego, rosnącego zużycia, a w niekorzystnym przypadku również do uszkodzenia cząstek. W układach ceramicznych intensywność musi być dlatego zawsze dopasowana do wytrzymałości aglomeratów, zawartości substancji stałych i pożądanego końcowego stopnia rozdrobnienia.
3. Narzędzie
Dobór narzędzia jest często punktem decydującym, ponieważ określa on, jak energia jest wprowadzana do układu. Nie każde narzędzie nadaje się jednakowo dobrze do dyspersji ceramicznych, a nieodpowiednie mieszadło może przy wystarczającej mocy prowadzić do złej deaglomeracji.
Do zawiesin ceramicznych wchodzą w rachubę, w zależności od celu, różne narzędzia:
- układy tarcz zębatych lub dissolwery do wstępnego rozdrabniania i miękkich aglomeratów,
- układy rotor-stator do wysokiego lokalnego ścinania i kontrolowanego rozbijania aglomeratów,
- młyny perłowe z mieszadłem do układów szczególnie drobnych lub silnie zaglomerowanych, gdy konieczne jest intensywniejsze rozbicie mechaniczne,
- ultradźwięki raczej uzupełniająco lub w obszarze laboratoryjnym, gdy rozpatrywane są małe objętości albo układy specjalne.
Ważne jest przy tym, aby narzędzie wytwarzało możliwie równomierne obciążenie i unikało stref martwych. Szczególnie przy proszkach ceramicznych decydująca jest ponadto odporność na zużycie, ponieważ ścieranie lub zanieczyszczenie metaliczne mogą pogorszyć jakość produktu i późniejsze właściwości spiekania.
W ten sposób amixon® projektuje dyspergowanie aglomeratów w proszkach ceramicznych
amixon® dopasowuje czas procesu, intensywność mieszania, geometrię narzędzia i wykonanie maszyny w sposób ukierunkowany do właściwości danego produktu. Różne typy mieszalników umożliwiają zarówno wysoce intensywne procesy deaglomeracji, jak i szczególnie łagodne procesy mieszania. Wstęgowe mieszadło SinConvex® przejmuje przy tym makroskopową homogenizację. Przemieszcza ono materiał mieszany w obszarze zewnętrznym w górę i pozwala mu w centrum spływać ponownie w dół. Powstaje w ten sposób trójwymiarowe pełne przemieszczanie objętości, które nawet składy komponentów do 1:100.000 potrafi w ciągu kilku minut zhomogenizować z technicznie idealną jakością mieszania.
Do wymagających zadań deaglomeracji mieszalnik dwuwałowy amixon® oferuje szczególnie krótkie czasy mieszania i wysokie siły naporu. Odwrócenie naporu powstające przy każdym obrocie narzędzia zapobiega temu, aby cząstki iglaste ustawiały się zgodnie i tworzyły stabilne agregaty. Zamiast tego cząstki są wciąż na nowo i niezależnie od siebie orientowane. Efekt mieszania zachowuje się przy tym w szerokim zakresie niezależnie od wielkości cząstek, kształtu cząstek, wilgotności, adhezji, gęstości nasypowej i stopnia napełnienia.
Mieszanie makroskopowe i ukierunkowaną deaglomerację można u amixon® regulować niezależnie od siebie. Podczas gdy wolno pracujące główne mieszadło łagodnie homogenizuje produkt, osobno napędzane rotory tnące wytwarzają lokalnie ograniczone strefy ścinania. Intensywność, czas załączenia i moment użycia rotorów dają się nastawiać niezależnie od siebie i zapisać w sterowaniu instalacji jako powtarzalny program mieszania. Dzięki temu miękkie aglomeraty można ostrożnie rozpuszczać, a twarde aglomeraty intensywnie rozdrabniać, bez narażania całego wsadu na niepotrzebnie wysokie obciążenie. Przy dozowaniu cieczy rotory wspierają dodatkowo drobne i równomierne rozprowadzenie w proszku.
Krótkie czasy procesu zmniejszają ścieranie, wprowadzanie ciepła i uszkodzenia produktu. Do produktów wrażliwych lub kruchych mieszadła mogą pracować z niską prędkością obwodową. Specjalne typy mieszalników, takie jak SpherHelics® lub KoneSlid®, umożliwiają ponadto szczególnie łagodne traktowanie i zachowanie wrażliwych struktur granulatu. Przy produktach zagrożonych wybuchem pyłu niska prędkość narzędzia może dodatkowo zmniejszyć nakład na inertyzację i tłumienie uderzenia ciśnienia.
Do ściernych proszków i mas ceramicznych amixon® oferuje wykonania z ochroną przed zużyciem, z Hardox, narzędziami z węglików spiekanych lub powłokami ceramicznymi. Poprawia to zarówno trwałość instalacji, jak i czystość produktu. Jest to szczególnie istotne przy proszkach nanoceramicznych, ponieważ już najmniejsze zanieczyszczenia mogą wpływać na późniejsze właściwości funkcjonalne.
Optymalną konfigurację maszyny ustala się przed inwestycją w centrum prób amixon® z produktem oryginalnym. Uwzględniane są przy tym realne stopnie napełnienia, wielkości wsadów, temperatury i warunki ciśnieniowe. Analizowane i dokumentowane są jakość mieszania, deaglomeracja, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność do czyszczenia i powtarzalność. Wyniki tworzą wiarygodną podstawę doboru maszyny i zmniejszają ryzyka techniczne oraz ekonomiczne przed zakupem.
Zabezpieczenie w centrum prób amixon®
Przed inwestycją stoi dowód: w centrum prób amixon® w siedzibie głównej w Paderborn gotowe jest 35 instalacji próbnych w różnych wielkościach – uzupełnionych o centra prób w Japonii, Indiach, Tajlandii, Chinach, Korei Południowej i USA. Próby przebiegają z produktem oryginalnym, przy realnych stopniach napełnienia i wielkościach wsadów, w przewidzianym zakresie temperatury i ciśnienia. Oceniane są jakość mieszania, łagodność wobec produktu, wprowadzanie energii, zdolność do czyszczenia i powtarzalność w późniejszej pracy seryjnej; wyniki są analizowane i dokumentowane wspólnie z ekspertami amixon® – jako wiarygodna podstawa decyzji, która usuwa ryzyka techniczne i ekonomiczne przed zakupem.