Ιξώδες πάστας χρωστικής σε επιστρώσεις: Διατήρηση της διάτμησης υπό έλεγχο με κεραμικές αντλίες περιστροφικού λοβού
Σε ένα εργοστάσιο επικαλύψεων, η μετακίνηση της πάστας χρωστικής από τη μια δεξαμενή στην άλλη μοιάζει με το λιγότερο ενδιαφέρον μέρος της ημέρας. Μπορεί επίσης να είναι ο λόγος που μια παρτίδα βγαίνει με αδύναμη γυαλάδα, κακή απόκρυψη ή χρώμα που δεν ταιριάζει με το τελευταίο τρέξιμο. Το ιξώδες της πάστας χρωστικής μετατοπίζεται με διάτμηση και η αντλία συνήθως ξεκινά αυτή τη μετατόπιση. Ο εξοπλισμός μεταφοράς, με άλλα λόγια, είναι μέρος της διατύπωσης είτε τον αντιμετωπίζει κάποιος έτσι είτε όχι. Διαμορφώνει το χρώμα παρτίδας-σε-παρτίδας, τη σταθερότητα της λεπτότητας και τη θιξοτροπία.
Τα σωματίδια χρωστικής πρέπει να αποσυσσωματώνονται, να διασπείρονται και να προσανατολίζονται. Τα διασκορπιστικά τυλίγουν τα σωματίδια και παρέχουν ηλεκτροστατική απώθηση ή στερεοχημική παρεμπόδιση. Αυτό το στρώμα διατηρεί την πάστα σταθερή. Δεν είναι άφθαρτο. Οι ρυθμοί διάτμησης ώθησης αρκετά υψηλοί-30.000 s-1 είναι μια κοινή γραμμή βιομηχανίας και τα σωματίδια που είχαν ήδη διαχωριστεί μπορούν να συσσωρευτούν ξανά μεταξύ τους ή το στρώμα διασποράς μπορεί να αποκολληθεί. Η ποιότητα της διασποράς πέφτει. Τίποτα δεν φαίνεται λάθος στην αντλία. Η επίστρωση το δείχνει αργότερα: λιγότερη γυαλάδα, πιο αδύναμη απόκρυψη, ένα χρώμα που έχει μετακινηθεί.
Οι φυγόκεντρες αντλίες είναι συνήθως εκεί που ξεκινά το πρόβλημα. Μια πτερωτή-ταχείας περιστροφής έχει υψηλή ταχύτητα αιχμής και αυτό δημιουργεί ισχυρή διάτμηση στην πάστα. Με τον ίδιο ρυθμό ροής, μια φυγοκεντρική αντλία παράγει συχνά ρυθμούς διάτμησης πάνω από 45.000 s-1. Μια περιστροφική αντλία λοβού μπορεί να παραμείνει κοντά στα 12.000 s-1. Με πάστα πάνω από 5.000 mPa·s, μια φυγοκεντρική αντλία δεν είναι απλώς αναποτελεσματική. Συνεχίζει να προσθέτει ενέργεια διάτμησης που η πάστα δεν μπορεί να πάρει. Οι αντλίες γραναζιών δεν είναι επίσης μια καθαρή απάντηση. Το διάκενο δικτύωσης δημιουργεί τοπική διάτμηση που μπορεί να υπερβεί το όριο της πάστας.
Μια κεραμική αντλία περιστροφικού λοβού λειτουργεί με διαφορετική αρχή. Είναι θετική μετατόπιση. Δύο λοβοί περιστρέφονται συγχρονισμένα και δημιουργούν μια κινούμενη αλλαγή όγκου στον θάλαμο. Το προϊόν προωθείται, δεν εκτοξεύεται. Οι λοβοί δεν αγγίζουν ποτέ ο ένας τον άλλον ή τον τοίχο του θαλάμου. Τα διάκενα είναι συνήθως 0,1 έως 0,5 mm. Η ροή μέσω του θαλάμου είναι ήπια, χωρίς αναταράξεις στο άκρο της πτερωτής. Η ταχύτητα του λοβού είναι συνήθως 200 έως 500 σ.α.λ. μια φυγοκεντρική αντλία μπορεί να λειτουργεί γύρω στις 2.900 σ.α.λ. Το προϊόν παραμένει κοντά στο στρωτό και οι ρυθμοί διάτμησης μπορούν να διατηρηθούν περίπου από 10 έως 50 s-1. Οι φυγόκεντρες αντλίες συνήθως λειτουργούν από 1.000 έως 10.000 s-1.
Ο ρυθμός διάτμησης και η δύναμη διάτμησης δεν είναι ίδιες. Ο ρυθμός διάτμησης είναι το πόσο γρήγορα αλλάζει η βαθμίδα ταχύτητας στο ρευστό. Η δύναμη διάτμησης είναι αυτή που δρα στην πραγματικότητα στα συσσωματώματα χρωστικών. Η χαμηλή ταχύτητα μειώνει τον ρυθμό διάτμησης, αλλά η πραγματική προστασία προέρχεται από το προφίλ του λοβού. Τα ελικοειδή ή κυκλοειδή σχήματα πιέζουν το προϊόν σταδιακά αντί να το χτυπούν. Τα συσσωματώματα παραμορφώνονται αργά αντί να σπάνε ξαφνικά. Για πάστα που έχει ήδη διασκορπιστεί, αυτή η διάκριση έχει σημασία.
Το κεραμικό βοηθάει με άλλο τρόπο. Η πάστα χρωστικής με διοξείδιο του τιτανίου ή οξείδιο του σιδήρου είναι λειαντική. Οι μεταλλικές αντλίες φθείρονται, οι λοβοί και τα τοιχώματα του θαλάμου χάνουν υλικό, τα διάκενα ανοίγουν και η συμπεριφορά διάτμησης αλλάζει. Μια κεραμική επένδυση μπορεί να φτάσει σε σκληρότητα Vickers πάνω από 1.600 HV. Αντέχει στη φθορά τρεις έως πέντε φορές καλύτερα από το χυτοσίδηρο με υψηλή-χρώμιο και σε λειαντική λειτουργία μπορεί να αντέξει τέσσερις έως έξι φορές περισσότερο από μια συμβατική μεταλλική αντλία. Οι παράμετροι διάτμησης παραμένουν σταθερές καθώς η αντλία γερνάει. Το κεραμικό επίσης δεν εκπλένει μεταλλικά ιόντα, κάτι που έχει σημασία σε επιστρώσεις υψηλής καθαρότητας, όπου η μόλυνση από σίδηρο μπορεί να αλλάξει την απόχρωση της χρωστικής ή να αποσταθεροποιήσει το σύστημα.
Οι ρυθμίσεις εκκίνησης και λειτουργίας έχουν σημασία ακόμη και με αντλία χαμηλής-διάτμησης. Η πάστα χρωστικής έχει συχνά υψηλότερο εμφανές ιξώδες όταν είναι ακόμα. Η μετάβαση κατευθείαν στην πλήρη ταχύτητα μπορεί να προκαλέσει διακυμάνσεις της πίεσης στον θάλαμο και μια σύντομη τοπική ακίδα διάτμησης. Μια κίνηση μεταβλητής συχνότητας με γραμμική ράμπα επιταχύνει αργά. Για χρωματική πάστα πάνω από 5.000 mPa·s, διατηρήστε την τελική ταχύτητα κοντά στις 200 rpm. Η πίεση εκκένωσης χρειάζεται επίσης παρακολούθηση. Η υπερβολική αντίθλιψη αναγκάζει περισσότερη ροή μέσω του λοβού-στο διάκενο του θαλάμου και η τοπική διάτμηση επιδεινώνεται.
Οι σωληνώσεις παραβλέπονται. Κολλήστε ψαλίδι απλά ρέοντας μέσα από τον σωλήνα. Οι αγκώνες, οι μειωτήρες και οι βαλβίδες δημιουργούν ζώνες υψηλής-διάτμησης αλλάζοντας την ταχύτητα. Μια περίπλοκη γραμμή εκκένωσης μπορεί να προσθέσει διάτμηση ακόμα και όταν η αντλία είναι απαλή. Ευθείες διαδρομές και λιγότερα εξαρτήματα μειώνουν τον κίνδυνο.
Η κινούμενη πάστα χρωστικής δεν είναι θέμα «αν κινείται, λειτουργεί». Το ιξώδες αντιδρά στη διάτμηση, επομένως ο εξοπλισμός μεταφοράς γίνεται μέρος της απόδοσης του τελικού προϊόντος. Μια κεραμική αντλία περιστροφικού λοβού δεν εξαλείφει τη διάτμηση. Διατηρεί τη διάτμηση σε αυτό που μπορεί να χειριστεί η πάστα και τα υλικά και η γεωμετρία κρατούν αυτόν τον έλεγχο με την πάροδο του χρόνου.
