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砂磨机在化纤钛白分散中的应用

作者:admin日期:2020-07-29阅读
1二氧化钛的消光作用
Ti02亦称钛白粉,为白色粉末,无毒无味,化学性质稳定,除氟氢酸和沸腾的硫酸外,常温下几乎不与其他元素或化合物反应。Ti02是一种多晶型的化合物,结晶形态可分为锐钛型和金红石型两种。聚酯纤维通常采用二氧化钛(Ti02)为消光剂。其加入量0.I%~0.35%(质量比)时为半消光,加入量0.5%一2.0%(质量比)时为全消光。用作化纤消光钛白粉一般为锐钛型,采用硫酸法生产工艺。
化学纤维的外观呈半透明或微透明,肉眼观察有闪光现象,不适宜日常应用及特殊工业场合。添加钛自粉的目的使聚酯表面对光反射或散射变为慢反射从而消除光泽现象。
2反映二氧化钛性能的重要指标
2.1 Ti0:粒度分布
用作消光剂的Ti02最佳粒度分布应在0.15—0.35 gm范围内,因平均粒径为0.2 gm时遮盖力最大。粒度太大时,会降(k乇Ti02粒子对短波光的散射能力,粒度太小(如小于0.1 gm)时,则发生光的衍射,晶体变得透明,丧失了消光能力。聚酯生产的Ti02悬浮液配制过程中,要求把团聚粒子及粗大粒子分散及粉碎成为0.15~0.35 gm的单个粒子。悬浮在溶剂中团聚的Ti02粒子通过搅拌或砂磨机中磨盘高速剪贴力分散成单个粒子,从而使平均粒径减小。
一般悬浮液中Ti02团聚粒子经强列搅拌后,其平均粒径可达O.35 um,而经弱搅拌平均粒径只能达到0.37 lam。对紧密团聚的粗大粒子,只有经过砂磨(使用研磨介质),才能减小其粒径。团聚粒子和粗大粒子是聚酯熔体中凝聚
粒子存在的根源之一。凝聚粒子过多,必将引起熔体过滤器的堵塞和增加纺丝过程的断丝。
2.2 Ti02在溶剂中的分散性
Ti02在溶剂中的分散性是用作合成纤维消光剂的一项重要指标。Ti02在溶剂中分散良好表明其单个粒子问没有“凝集”成为集团粒子。由于Ti02粒子带有负电荷,在溶剂(如水和EG)中既存在着吸引力,又会产生排斥力。Ti02粒子在悬浮液中的界面电位如果大于+30 mV或小于.30 mV时,上述斥力就会大
于引力,使Ti02粒子分散良好。在聚酯生产过程中,EG和PTA逐步转化为齐聚物和聚合物,而被吸附在Ti02粒子的表面上,也会产生斥力,有利于Ti02的分散。
Ti02的分散性可用Ti02分散度来定量地表示,其测量方法如下:取5 g Ti02,在100mL蒸馏水中搅拌均匀,立即取此悬浮液10mL,测量其中Ti02含量G1。剩余的悬浮液静置一小时后,在~定高度下取该悬浮液10毫升,再测量其中Ti02含量G2,按下列公式即可计算分散度:

由此可见,分散度实质上就是悬浮液中Ti02粒子受到萤力影响的程度。若Ti02粒子中团聚粒子或粗大粒子多,受到重力的影响大,上述G2值就小,分散度就低。同是Ti02但因在制造过程中后处理工艺不同,产品的牌号及性能就不同。如在腈纶生产中,要求Ti02在DMF(二甲基甲酰胺)和DMSO(_二甲基亚砜)中分散良好,日本富士钛业TA.200牌号的Ti02可满足此要求。TA.200的Ti02若用于聚酯生产,其中Ti02将在EG中凝聚,分散度必然降低。
若将TA.300牌号的Ti02用于聚酯生产,它在EG中分散良好,不仅使产品消光效果好,而且其中凝聚粒子含量也会符合要求。
2.3 Ti0:溶液的pH值
Ti02溶液的PH值也是影响Ti02分散性的一个重要指标。通常取Ti02浓度10%(质量) 童的水溶液,在搅拌均匀后,测定此悬浮液或噌争滤去Ti02颗粒后澄清液的PH值。表一l列出了特国内常用四种化纤钛白粉的PH值,一般为中性。
四种化纤钛白粉PH值
2.4 Ti0:中金属杂质的影响
钛铁矿石中共生着许多金属氧化物杂质不可避免地残存在成品Ti02中。Ti02在水或EG中带负电荷,负电的界面电位越大,T.02的排斥力就越大,越有利于Ti02粒子的分散。而金属氧化物在溶液中呈离子状态带正电荷,这些正电荷中和了上述负电荷,使Ti02易于凝集。金属离子的原子价态越高,对分散性影响越大。检测Ti02水溶液的比电阻,是检查Ti02中可溶性金属离子的方法之一。比电阻在一定程度上也可反映Ti02中杂质情况。
3化纤钛白悬浮液配制工艺
化纤消光悬浮液的配制工艺可以分为以下两种:
1:离心+研磨法:高速分散后的悬浮液
中合格的Ti02粒子首先经离心机分离,只有少量的粗颗粒进入砂磨机研磨。从研磨理论的节能效果来评断该工艺最为合理,使用该工艺可以选择小型号砂磨机,但进口离心机的价格往往比砂磨机贵很多。该工艺主要为瑞士伊文达(Inwenta)公司采用.
2:研磨+离心法:因为乙二醇具有较高的粘度,凭借分散盘的剪切力不足以克服形成闭聚粒子中各个原始颗粒间的凝聚力,必须通过装有研磨介质的砂磨机两次研磨(实质主要为分散过程)才能彻底达到分散效果。研磨两次后的料浆(50%质量比)加入乙二醇稀释成浓度为10%(质量比)的悬浮液,再经过离心机分离出过大颗粒即町以进入后面的过滤器。该工艺主要被德国吉玛,美国杜邦,中纺院,纺科院,惠通,普力特等公司采用。
3:分散质量检验方法
A:Ti02悬浮液中粗大及絮凝粒子的显微镜法
(1)适用范围:本方法适用于作为生产聚酯切片的消光剂悬浮液中二氧化钛粗大、絮凝粒子的测定。
(2)方法提要:对从现场取来的二氧化钛配制液加入乙二醇稀释到0.15%浓度,将上述溶液滴在载玻片上,盖上盖玻片,在显微镜下对5urn、10urn以上的粗大、絮凝粒子个数分别计数。
(3)仪器设备:具塞三角烧瓶(容量100m1)2个,载玻片,盖玻片(18×18mm),显微镜,滴管
(4)分析步骤:
来的不同浓度的二氧化钛悬浮液稀释至0.15%,所称取质量见表2。加50ml乙二醇,分别进行稀释摇匀。释摇匀的样品溶液滴2—3滴在TM氏血球计数盘中,盖上盖玻片,用放大400倍显微镜观察粗大、絮凝粒子,并用显微镜内的测微尺测量是否有51Ltm和10pm的粗大、絮凝粒子,并分别计数,共取10个点进行观察。
(5)分析结果的计算:


结果精确至小数点后一位。
(6)分析结果的判断:一般显微镜下观察无粗大、絮凝粒子为合格悬浮液
a.当悬浮液中存在粗大粒子时,说明研磨工序中物料的研磨强度不够,应增大研磨强度。
处理方法:降低研磨机供料泵的转速以减少进料量,通过延长Ti02物料在研磨腔体内的停留时间来增大物料的研磨强度。
b.当悬浮液中存在絮凝粒子时,说明研磨工序中物料的研磨强度过度,应降低研磨强度。
处理方法:提高研磨机供料泵的转速以增大进料量,通过减短Ti02物料在研磨腔体内的停留时间来降低物料的研磨强度。
c.当悬浮液中同时存在粗大、絮凝粒子时,应根据粗大、絮凝的实际情况,通过增加或减少研磨机的研磨介质的填充量,同时并调整供料泵的转速。
B、悬浮液的真空过滤法
(1)适用范围:本方法适用于作为生产聚酯切片消光剂悬浮液溶液的过滤量
(2)仪器设备:真空泵,3000 ml的抽滤瓶,直径50nlm、精度1um的过滤网
(3)方法:从现场取来适量的二氧化钛悬浮液,倒入抽滤瓶中,使用真空泵进行抽滤,以不成股流下时停止抽滤,计量通过的悬浮液量为该条件下的过滤量。
(4)数据结果的处理:一般Ti02供料槽的悬浮液的过滤量>10000 ml为合格悬浮液
4化纤用砂磨机的发展阶段及性能分析
化纤用砂磨机是在球磨机(Ball Mill)的基础上发展成为立式搅拌磨(Attritor),然后再逐步发展成为如今化纤使用的砂磨机(Agitator Mill)。如图l所示。
化纤用砂磨机
搅拌磨和砂磨机共同点是利用研磨介质之间的碰撞,挤压,摩擦等原理破碎物料,所以三者都被称作介质磨,但三者又有本质上的区别;
球磨机:简体低速旋转,简体内无搅拌器,使用大尺寸研磨介质,利用磨球升高而产生的重力势能落下而转换成的动能来破碎物料。研磨细度最小可达10.30微米。搅拌磨:筒体固定,内置销棒式搅拌器,使用较小研磨介质,利用搅拌器施加给介质的动能破碎物料。结构为立式,研磨细度最细可达1—3微米。
砂磨机:简体一般固定,筒体内布置不同犁式的搅拌器,使用较小或很小的研磨介质,利用搅拌轴施加给介质的动能破碎物料。根据砂磨机的结构形式分为立式和卧式,盘式或销棒式,研磨细度最细可达0.1-0.3微米。如今化纤钛白研磨使用的砂磨机主要是卧式圆盘砂磨机,而立式砂磨机已逐步被淘汰。影响砂磨机研磨效果主要因素有;
1:研磨介质对研磨效果的影响分析研磨介质是破碎过程中能量的中介体,所有【介质磨】研磨效率及产品质量都与介质的种类,尺寸,比重,填充率有关。
(1)介质种类:用于化纤钛白悬浮液研磨介质主要有玻璃珠,硅酸锆珠,氧化锆三种。介质比重越大,动能越大(E--l/2×MV2),研磨效率越高。
玻璃珠比重小,研磨效率低,消耗量大,但仍为少数化纤厂家使用。
硅酸锆珠电融法生产的硅酸锆珠存在着空心缺陷,使用一段时间后破碎,磨穿内筒及引起机械密封失效,现已被淘汰。
氧化锆珠比重大,效率高,寿命长,一般使用18个月才需补充一次。已被90%的化纤厂家使用。
(2)介质尺寸直径越小,单位体积中装
填的数目越多,磨球之间接触点越多,在相同研磨时间产品细度愈好。过小的研磨介质往往引起设备出口分离器的堵塞。分离器缝隙宽度决定研磨介质尺寸大小,一般情况下研磨介质直径为砂磨机分离器缝隙宽度的2.3倍。
(3)介质装填率研磨介质的装填最就是砂磨机近似达到最佳研磨效果的所需量。装填量的计算有容积计量法和质量计量法两种;
a.容积计量法:研磨介质装填体积占砂磨机简体有效容积的百分比。
卧式砂磨机的装填率一般为70.85%,初次填加75%,正常后补充至80%。立式砂磨机的装填率一般为60.75%,初次填加65%,正常后补充至75%。
b.质量计量法:表示研磨介质的装填质量。
计算公式=砂磨机有效容积x装填率(70%.80%)×介质堆积密度总之,研磨介质装填率过高,容易引起砂磨机内发热,出口堵塞,自动关机。研磨介质装填率过低,研磨效率低,研磨时间延长。
2:卧盘式砂磨机研磨介质分离系统比较
研磨介质分离系统是砂磨机的重要组成部分,其作用是将研磨过的物料与研磨介质分开。常用的介质分离结构如图.2所示,结构1.3为静态分离结构,在使用小研磨介质时容易出现堵塞,结构4属于动态离心分离原理,可使用很小的介质,研磨效率高,砂磨机出口不堵塞。

5现有化纤所用砂磨机存在的问题PMl分析
国内化纤企业从德国,瑞士和美国引进了60多台砂磨机,简体容积从50.200升。其中包括瑞士佛利玛立式双锥砂磨机MSl8,美国红魔鬼的16PE,德国德莱仕SuperTex,德国耐驰的MEl50K等。
先后经过20年多的运行暴露出来的故障可以分为两大类;
1:选错砂磨机部件材质(见图3)
机械密封机械密封是砂磨机最重要也是最贵的部件,其可靠性,使用寿命直接影响生产线的运行。早期进口砂磨机机械密封