粉末涂料是一種新型的不含溶劑的純固體粉末狀涂料，具有無溶劑、無污染、可回收、環(huán)保、節(jié)省能源和資源、減輕勞動強度、涂膜機械強度高等特點。無論對環(huán)境保護還是對降低生產成本而言，粉末涂料都顯示了其卓越的性能。同時隨著現代工業(yè)和技術的發(fā)展，各行業(yè)對粉末涂料提出了更高的要求。這也對粉末涂料的制造工業(yè)和相關設備提出了較高的要求。粉末涂料的粉碎分級是其制備過程中的重要環(huán)節(jié)，對粉末涂料的粒徑是否符合要求有著重要作用，因此對粉末涂料的粉碎分級工藝的研究意義重大。
1、粉末涂料的要求
1.1粉末涂料對粒徑的要求
粉末涂料的粒徑是判斷粉末涂料質量的一個重要指標，是粉末涂料生產過程中要控制的一個重要參數。
據報道，完全自動化的粉末靜電噴涂系統(tǒng)要求很高的涂著效率，因此，對粉末涂料的粒度分布有嚴格的要求。小于10um的細顆粒易于凝聚，積聚在噴槍進料管的噴咀處，會使粉末涂料的流量發(fā)生波動，供料不均，從而影響噴涂質量。粒徑太小，粉末的帶電量低，上粉率差，穩(wěn)定性也較低；但粒徑也不能太大，特別是含有大顆粒的粉末涂料，對涂膜的外觀平整性和其他涂膜質量指標有相當程度的影響。通常，小于10um和大于80um的顆粒含量應當較少。
由于靜電噴涂要求粉末涂料不僅具有極均勻的組成，而且要求有適當的粒度分布，粉末涂料噴涂的粉末粒徑在20—80um較適宜。
1.2粉末涂料對粉碎分級設備的要求
鑒于粉末涂料對粒徑的嚴格要求（粒徑小，分布窄）和其自身屬性（玻璃化溫度低等）的限制，一般要求它的粉碎分級設備應具備以下條件：(1)粉碎設備能產生較高的沖擊力，有效地將物料粉碎，剪切成較細的粒子；(2)粉碎室內溫升低，溫度應控制在粉末涂料的玻璃化溫度以下；(3)分級設備的分級效率和分級精度高，能與粉碎設備組合成閉路循環(huán)系統(tǒng)；(4)粉碎分級設備應能夠調節(jié)涂料產品的粒度，以滿足不同類型粉末涂料的需要；(5)操作簡便，易于清洗換色，可連續(xù)運轉，生產效率高，對環(huán)境污染盡可能小。
因此，要獲得粒徑和性能滿足要求的粉末涂料，對其粉碎分級設備的優(yōu)選和工藝的優(yōu)化是十分必要的，按需要的粒度范圍生產出合格的粉末涂料，是對粉碎分級設備的基本要求。
2、粉碎分級設備的選擇
2.1 ACM超細
破碎機
ACM超細破碎機是一種典型的機械沖擊式破碎機，其粉碎室結構主要由軸承座、動磨盤、靜磨盤、分流環(huán)、上磨殼、分級輪、喂料螺旋、擋風盤、下磨殼等組成，如圖l所示。
其工作原理為：物料在螺旋喂料器的作用下，進入粉碎室，在高速旋轉的動磨盤和帶齒的靜磨盤之間受到沖擊、剪切和摩擦等作用而粉碎，在負壓作用下，被粉碎后的顆粒向上運動至粉碎室上部，顆粒運動方向改變180。進入分流環(huán)與分級輪之間的分級室，此時因為顆粒運動方向突然改變，撞擊到機殼，有一部分粗顆粒下落；在分級室內，顆粒主要受到因分級葉輪高速旋轉而產生的離心力，。負壓氣流對顆粒的氣流阻力F以及自身重力G的作用。粗顆粒受到的離心力F。大于氣流阻力F，，被甩向分流環(huán)內壁，碰撞失去動能后掉入粉碎室繼續(xù)粉碎；而細小顆粒受到的氣流阻力，大于離心力F，在負壓氣流的作用下，通過分級輪葉片間的間隙被帶出粉碎室進行氣固分離。
2.2 SCX超細分級機
scx型超細分級機因其具有分級精度高、性能好、粒徑小、能耗低等優(yōu)點而逐漸被廣泛應用。其結構主要由喂料管，細粉出口、氣動密封裝置、主軸、皮帶、電機、轉子、二次進風口、粗粉集料錐等組成，如圖2所示。
其工作原理為：物料在負壓氣流作用下，從進料管進入到下錐體，由于氣流過流斷面面積增大，氣流速度減小，此時，粗顆粒所受的上升作用力不足以克服其重力，沉降速度大于氣流上升速度，向下沉降；細顆粒的沉降速度小于氣流上升速度，被上升氣流攜帶向上運動，顆粒愈細，其向上速度愈接近氣流速度，至此完成第一次分級。顆粒運動到分級室內，物料主要受到自身重力G、慣性離心力Fu、氣流阻力F，的作用。當F>F，時，顆粒做離心運動，與邊壁碰撞失去動能后落人粗粉集料錐；當F。<F，時，顆粒在氣流的攜帶下向轉子中心運動，通過細粉出口輸出；當Fu =F，時，顆粒在徑向受力達到平衡，加速度為零，顆粒做圓周運動，但任意因素的改變都將改變顆粒的這種運動狀態(tài)，顆粒在重力的作用下最終落入粗粉集料錐，實現第二次分級。
3、粉末涂料粉碎分級工藝及流程
粉末涂料的粒度分布主要取決于制造工藝中粉碎分級設備的水平以及工藝流程的制定。設計了2種粉末涂料的粉碎分級工藝流程，以探求哪種流程更適合粉末涂料的制備。
3.1流程一
該工藝流程中主要采用ACM超細破碎機、旋風除塵器、袋式除塵器、離心風機等組成閉路粉碎分級系統(tǒng)，對粉末涂料進行加工制備，其流程如圖3所示。
從圖3可以看出，系統(tǒng)中的設備結構和風量等確定以后，粉末涂料的粒徑取決于ACM超細破碎機中分級輪的轉速，可以通過調節(jié)分級輪的轉速來控制粉末涂料的粒徑，粗顆粒因受到的離心力較大，被甩向分流環(huán)的內壁，因碰撞失去動能而下落，掉入粉碎室再進行粉碎，而細顆粒則在負壓氣體的攜帶下進入旋風除塵器，由旋風除塵器進行產品的收集，更細顆粒由脈沖袋式除塵器進行捕集，凈化的氣體由風機排人大氣。
該系統(tǒng)的優(yōu)點是工藝流程簡單，可以通過調節(jié)分級輪的轉速來控制粉末涂料的最大粒徑，可連續(xù)運轉，設備占地面積小，投資低。不足之處是粉末涂料的粒度分布寬，分級效率和精度不高，因此很難滿足現在對粉末涂料關于粒徑分布窄、效率高等一些高要求。
3.2流程二
針對目前各行業(yè)中對粉末涂料粒徑的較高要求，在流程一的基礎上進行了修改和優(yōu)化，設計出了工藝流程二。采用ACM超細破碎機、scx超細分級機、旋風除塵器、脈沖袋式除塵器、離心風機等組成閉路粉碎分級系統(tǒng)，其流程如圖4所示。
該粉碎分級系統(tǒng)的工作原理為：螺旋喂料器喂人物料，物料在ACM超細破碎機的粉碎室內，被高速旋轉動磨盤和靜磨盤作用而粉碎，當物料粉碎到一定粒徑后，在負壓氣流作用下，被送到ACM上部分級室進行分級，控制粉末涂料的上限粒徑，在分級機高速旋轉作用下，粗顆粒被拋向分流環(huán)的內壁，因碰撞失去動能而下落，掉入粉碎室繼續(xù)粉碎，細顆粒隨氣流一起進入scx超細分級機中，在離心力和氣流阻力的作用下進行精細分級，控制粉末涂料下限粒徑，合格的產品經scx超細分級機的卸料閥進行收集，不符合產品要求的顆粒（粒徑小于20um）由負壓氣體送往旋風除塵器，在旋風筒的作用下，微細粉體被收集，而超細顆粒繼續(xù)隨氣流進入脈沖袋式除塵器進行收集，被2個除塵器凈化了的氣體由風機排出。系統(tǒng)由離心風機維持一定的負壓，實現無塵操作，并維持破碎機、分級機內腔合適的壓力。
該工藝流程的特點為：(l)該流程為閉路粉碎分級系統(tǒng)，粉碎后的涂料粉體直接進行兩次超細分級，分別控制粒徑的上限和下限，因此粒徑分布窄；(2)系統(tǒng)借助于超細分級機將細顆粒及時分選出，避免了過粉碎現象，降低了粉碎能耗；(3)可通過改變分級輪的轉速使產品細度可調，ACM超細破碎機給料也可定量控制，對物料的適應性強；(4)粉碎過程中因碰撞、摩擦產生的熱量被負壓氣流及時帶走，因此物料溫升小，適用于粉末涂料的制備；(5)系統(tǒng)中的ACM超細破碎機采用粉碎和分級內聯式結構，設計新穎，流程合理；(6)整個系統(tǒng)負壓操作，基本無粉塵污染，同時物料更換、清洗簡單方便。
4、流程二中影響系統(tǒng)粉碎效果和分級性能的因素
4.1粉碎效果影響因素分析
影響ACM沖擊式破碎機粉碎效果的因素主要有轉子轉速、物料狀況、喂料速度、氣流狀況等。
(1)轉子轉速的影響。動磨盤是ACM超細破碎機的關鍵部件，它通過高速旋轉的沖擊銷來撞擊物料顆粒，達到粉碎的目的。轉速高，沖擊力大，物料獲得的能量就大，當超過粉碎所需的能量時，顆粒就粉碎；轉速較小時，物料獲得的能量較小，達不到粉碎所需的能量，顆粒很難粉碎。不同物料對應著不同的最佳轉速，因此合理選擇動磨盤的轉速對提高粉碎效果有較大作用。
(2)物料狀況的影響。物料狀況包括粒度、溫度、濕度、粉碎性能等因素。物料的喂料粒度過大，對轉子沖擊大，需經過多次碰撞，粉碎效率低。ACM超細破碎機要求物料的溫度盡量低，因為粉末涂料的軟化點一般在lO0℃左右，若物料本身溫度高，很容易達到軟化點，物料在機內黏結，使機器無法運轉。濕度對物料的粉碎影響也較大，濕度增大時，破碎機的處理能力迅速下降，因此，要注意控制物料的濕度不得超過2%。
(3)喂料速度的影響。喂料速度過快，物料之間在相同時間內碰撞次數增加，產生的熱量增加，粉磨溫度上升，粉磨阻力隨著增大，產量下降，單位電耗劇增，并伴有設備故障，使磨機運轉率降低；喂料速度太慢時，粉碎室內物料濃度小，顆粒與沖擊銷的沖擊碰撞粉碎幾率小，粉碎效率低，產量低。因此，選擇優(yōu)化合理的螺旋喂料器轉速控制喂料速度，是提高磨機粉碎效率關鍵因素之一。
(4)氣流狀況的影響。氣體在ACM超細破碎機中起到降溫散熱和攜帶細小顆粒進入下一工序的兩種作用。對于散熱來講，氣體流量應盡量大，而對粉末粒徑來講，氣體流量越大，粉末粒徑越大。因此，恰當地控制系統(tǒng)中的風量是獲得合格產品的重要條件。
4.2分級性能影響因素分析
(1)分級機轉子轉速。分級機轉子轉速是影響產品粒度及產量的重要因素。提高轉子速度，轉子周圍的離心力場加強，顆粒的離心力增加，因離心力被拋向殼體而掉下的顆粒數增多，分級粒度降低，產量增加；反之，降低分級機轉子轉速則產量降低。
(2)分級機葉片。改變葉片的安裝角度會影響到旋轉氣流的速度，旋轉氣流速度增加時，顆粒受到的離心力增加，可提高產品的產量，分級粒徑將減小；反之，產品產量有所降低。增加葉片數目，可以增強旋轉柵欄的作用，增加顆粒碰撞次數，有利于顆粒分離，但葉片數太多時，葉片間的空間較小，不利于細顆粒的通過。
(3)風量。當風量較小時，大量的細粉因分散性差而團聚或粘附在大顆粒上，落入粗產品中，分級效率低；隨著風量的加大，粉體的分散性變好，細粉進入分級機的幾率增大；太大的風量有利于提高顆粒的分散性，但會攜帶部分合格產品進入旋風除塵器，產量降低。因此，應該權衡破碎機和分級機的性能，綜合考慮，以確定系統(tǒng)的風量。
5、實驗
5.1實驗裝置
兩條粉末涂料生產線實驗系統(tǒng)主要設備包括ACM325超細破碎機、SCX400超細分級機、高效旋風除塵器、脈沖袋式除塵器和離心風機等組成，分別對圖3、圖4所示的2條工藝流程系統(tǒng)進行實驗。
實驗過程中破碎機、分級機和風機所配電機均可變頻調速，實驗時，先開啟風機使整個系統(tǒng)處于負壓狀態(tài)，然后開啟SCX400超細分級機，再開啟ACM325超細破碎機，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，2個系統(tǒng)采用相同工藝參數，由螺旋喂料器均勻加料進行實驗，直至料完關機，關機順序與開機順序相反。實驗結束后用英國馬爾公司的MS2000型激光粒度分析儀對產品進行分析。
5.2實驗結果與分析
實驗結果如表l和表2所示。
由表1和表2可見，雖然流程一的產品平均粒徑較流程二的小，但粒徑在0~ 20um的顆粒含量較多，達18%一24%，而粒徑在20~ 80um的顆粒質量分數不足80%，微粒含量太多會給粉末涂料的靜電噴涂帶來不利影響。對比表2的實驗結果，隨著ACM動磨盤轉速的增加，產品中粒徑在O~20um顆粒含量略有增加，但總量較少，均小于3%；粒徑在20~80um的顆粒質量分數保持在96%左右；大于80um的顆粒較少，質量分數在1.5%以下，產品平均粒徑約為40um，很好地滿足了涂料行業(yè)中靜電噴涂對粉末涂料粒徑的要求，因此工藝流程二對粉末涂料的粉碎分級效果較好。
6、結論
(1)在分析粉末涂料自身特性和對粒徑要求的基礎上，設計了適用于粉末涂料的粉碎分級系統(tǒng)。并且討論了系統(tǒng)中影響粉碎效果和分級性能的因素，對系統(tǒng)參數的控制起到了一定的指導作用。
(2)實驗結果表明，粉末涂料經粉碎和2次分級后，合格產品的質量分數在96%左右，平均粒徑約40um。
(3)該系統(tǒng)很好地解決了高效粉碎分級過程中的過粉碎、物料溫升、粉體分散性差和粒徑分布窄等問題，為獲得理想粉末涂料提供了前提條件。適合于粉末涂料等熱敏性物料和低硬度的非金屬礦物的粉碎分級加工。
相關礦山機械設備：
1、
圓錐破碎機
2、
雷蒙磨粉機
