Pigmentpastaviskositet i beläggningar: Håller skjuvningen under kontroll med keramiska roterande lobpumpar
I en beläggningsanläggning ser det ut som den minst intressanta delen av dagen att flytta pigmentpasta från en tank till en annan. Det kan också vara anledningen till att en batch kommer ut med svag glans, dålig döljning eller en färg som inte matchar den senaste körningen. Pigmentpastans viskositet skiftar med skjuvning, och pumpen startar vanligtvis det skiftet. Överföringsutrustning är med andra ord en del av formuleringen oavsett om någon behandlar det så eller inte. Den formar batch-till-batchfärg, finhetsstabilitet och tixotropi.
Pigmentpartiklar måste deagglomereras, dispergeras och orienteras. Dispergeringsmedel omsluter partiklarna och ger elektrostatisk repulsion eller steriskt hinder. Det lagret håller pastan stabil. Den är inte oförstörbar. Push-skjuvhastigheter tillräckligt höga-30 000 s⁻¹ är en vanlig industrilinje - och partiklar som redan var separerade kan klumpa ihop sig igen, eller så kan dispergeringsmedelsskiktet dras av. Dispersionskvaliteten sjunker. Inget ser fel på pumpen. Beläggningen visar det senare: mindre glans, svagare döljande, en färg som har rört sig.
Centrifugalpumpar är vanligtvis där problemet börjar. Ett snabbt-snurrande impeller har hög spetshastighet, och det ger en stark skjuvning i pastan. Vid samma flödeshastighet producerar en centrifugalpump ofta skjuvhastigheter över 45 000 s⁻¹. En roterande lobpump kan hålla sig nära 12 000 s⁻¹. Med pasta över 5 000 mPa·s är en centrifugalpump inte bara ineffektiv; det fortsätter att lägga till skjuvenergi som pastan inte tål. Kugghjulspumpar är inte heller ett rent svar. Ingreppsspelet skapar lokal skjuvning som kan överskrida pastans gräns.
En keramisk roterande lobpump fungerar på en annan princip. Det är positiv förskjutning. Två lober roterar synk och skapar en rörlig volymförändring i kammaren. Produkten trycks igenom, slängs inte. Loberna rör aldrig varandra eller kammarväggen. Spelrum är vanligtvis 0,1 till 0,5 mm. Flödet genom kammaren är skonsamt, utan någon av turbulensen vid en impellerspets. Lobhastighet är typiskt 200 till 500 rpm; en centrifugalpump kan köra runt 2 900 rpm. Produkten förblir nära laminär och skjuvhastigheter kan hållas runt 10 till 50 s⁻¹. Centrifugalpumpar kör vanligtvis 1 000 till 10 000 s⁻¹.
Skjuvhastighet och skjuvkraft är inte samma sak. Skjuvhastighet är hur snabbt hastighetsgradienten ändras i vätskan. Skjuvkraft är vad som faktiskt verkar på pigmentagglomerat. Låg hastighet sänker skjuvhastigheten, men det verkliga skyddet kommer från lobprofilen. Involuta eller cykloida former klämmer ihop produkten gradvis istället för att slå mot den. Agglomerat deformeras långsamt snarare än spricker plötsligt. För pasta som redan har spridits, spelar den distinktionen roll.
Keramik hjälper på ett annat sätt. Pigmentpasta med titandioxid eller järnoxid är slipmedel. Metallpumpar slits, lober och kammarväggar tappar material, utrymmen öppnas och skjuvbeteendet förändras. En keramisk liner kan nå Vickers hårdhet över 1 600 HV. Den motstår slitage tre till fem gånger bättre än gjutjärn med högt-krom, och vid slipning kan den hålla fyra till sex gånger längre än en konventionell metallpump. Skjuvningsparametrar förblir stabila när pumpen åldras. Keramik läcker inte heller ut metalljoner, vilket är viktigt i hög-beläggningar där järnföroreningar kan ändra pigmentnyansen eller destabilisera systemet.
Start- och driftsinställningar har betydelse även med en pump med låg-skjuvning. Pigmentpasta har ofta högre skenbar viskositet när den är stillastående. Att gå direkt till full fart kan orsaka tryckfluktuationer i kammaren och en kort lokal skjuvspets. En frekvensomformare med linjär ramp ökar hastigheten långsamt. För färgpasta över 5 000 mPa·s, håll topphastigheten nära 200 rpm. Utsläppstrycket måste också övervakas. För mycket mottryck tvingar fram mer flöde genom loben-till-kammarspel och lokal skjuvning förvärras.
Piping blir förbisedd. Klistra in saxar bara genom att rinna genom röret. Armbågar, reducerare och ventiler skapar hög-skjuvzoner genom att ändra hastigheten. En komplicerad utloppsledning kan lägga till skjuvning även när pumpen är skonsam. Raka löpningar och färre beslag minskar risken.
Att flytta pigmentpasta är inte en fråga om "om det rör sig så fungerar det." Viskositeten reagerar på skjuvning, så överföringsutrustning blir en del av slutproduktens prestanda. En keramisk roterande lobpump eliminerar inte skjuvning. Det håller skjuvningen inom vad pastan kan hantera, och materialen och geometrin håller den kontrollen över tiden.
