Il polietereterchetone (PEEK) è una plastica ingegneristica speciale ad alte prestazioni. È rinomato per la sua eccellente resistenza al calore, chimico resistenza all'usura e resistenza meccanica. Di conseguenza, il PEEK è ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, dei dispositivi medici, automobilistico ed elettronico. Con il continuo aggiornamento delle esigenze applicative, la necessità di polveri di PEEK ultrafini è in costante aumento. Questa tendenza è particolarmente evidente nella stampa 3D, nei preimpregnati compositi, nei rivestimenti e nello stampaggio a iniezione. Le polveri ultrafini si riferiscono generalmente a particelle di dimensioni inferiori a 10 μm. In alcune applicazioni avanzate, le dimensioni delle particelle devono persino raggiungere l'intervallo submicronico di 1-5 μm. Questi requisiti impongono requisiti rigorosi ai processi di macinazione. Il processo deve ottenere una precisione dimensione delle particelle Controllo. Allo stesso tempo, è necessario mantenere un'elevata purezza del materiale. Anche la degradazione termica e la contaminazione devono essere rigorosamente evitate. Le principali sfide nella macinazione ultrafine del PEEK derivano da diverse proprietà intrinseche del materiale.
Il PEEK presenta un'elevata tenacità e un elevato punto di fusione di circa 343 °C. È inoltre termicamente sensibile e soggetto a standard di purezza molto rigorosi. I tradizionali metodi di macinazione meccanica, come i mulini a sfere o a martelli, non sono quindi adatti. Questi processi tendono a generare calore eccessivo durante il funzionamento. Questo calore può causare la degradazione del materiale. Inoltre, l'usura meccanica può introdurre contaminanti metallici nella polvere.
Di conseguenza, l'industria si è gradualmente spostata verso tecnologie di macinazione a secco senza contatto e a bassa temperatura. Tra queste, la mulino a getto e il mulino classificatore ad aria (ACM) sono le soluzioni più utilizzate. Il mulino a getto è anche comunemente noto come mulino a getto contrapposto a letto fluido. Questo articolo confronta i principi di funzionamento di queste due tecnologie. Analizza inoltre i rispettivi vantaggi e limiti. Infine, valuta quale processo sia più adatto per la macinazione ultrafine del PEEK.
Confronto dei principi: Mulino a getto contro. Mulino classificatore ad aria
Mulino a getto:
L'aria compressa o il vapore ad alta pressione vengono accelerati attraverso ugelli per generare un flusso d'aria supersonico (300–500 m/s). Le particelle si scontrano tra loro ad alta velocità all'interno della camera di macinazione, ottenendo una riduzione dimensionale attraverso l'impatto interparticellare. Non ci sono parti meccaniche in movimento. Un classificatore dinamico interno o esterno garantisce una separazione granulometrica precisa. Tra i tipi più comuni figurano i mulini a letto fluido a getto contrapposto e i mulini a ciclo continuo. Il processo di macinazione è intrinsecamente a bassa temperatura grazie al raffreddamento per espansione di gas, che può raggiungere temperature inferiori a -20 °C, e non prevede alcun contatto con il metallo.
Mulino classificatore ad aria (ACM):
Questo sistema combina la macinazione meccanica a impatto con la classificazione ad aria. Il materiale viene prima frantumato da martelli rotanti ad alta velocità o dischi a perni, quindi classificato da una ruota di classificazione ad aria integrata. Le particelle fini vengono trasportate dal flusso d'aria, mentre quelle grossolane vengono reimmesse per un'ulteriore macinazione. Gli ACM sono adatti per la macinazione medio-fine e offrono una produttività relativamente elevata.
| Articolo | Mulino a getto | Mulino classificatore ad aria (ACM) |
|---|---|---|
| Principio di macinazione | Collisione particella-particella ad alta velocità, senza parti in movimento | Impatto meccanico + classificazione dell'aria, parti rotanti |
| Gamma di dimensioni delle particelle | 0,5–10 μm (submicron facilmente ottenibile) | 10–100 μm (ultrafine <5 μm è difficile) |
| generazione di calore | Estremamente basso (raffreddamento tramite flusso d'aria) | Moderato (attrito meccanico) |
| Rischio di contaminazione | Molto basso (nessun contatto con il metallo) | Medio (l'usura dei componenti può introdurre impurità) |
| Consumo energetico | Da medio ad alto (richiesta di aria compressa) | Relativamente basso (azionamento meccanico) |
| Capacità di elaborazione | Medio (precisione, scala da piccola a media) | Alta (produzione su larga scala) |
| Materiali adatti | Materiali termosensibili, ad alta purezza, duri e resistenti | Materiali generali, materiali appiccicosi o di media durezza |
Requisiti di processo per la macinazione ultrafine del PEEK
Essendo un termoplastico semicristallino, il PEEK tende a generare calore durante la macinazione, il che può causarne la fusione, l'agglomerazione o la degradazione. Inoltre, le applicazioni mediche e aerospaziali impongono requisiti di purezza estremamente rigorosi, impedendo la contaminazione da ioni metallici. Le polveri ultrafini di PEEK sono comunemente utilizzate in:
- stampa 3D (sinterizzazione laser o deposizione fusa, che richiede una distribuzione granulometrica ristretta e una buona fluidità, preferibilmente particelle sferiche o quasi sferiche);
- Rinforzo composito (come i preimpregnati in fibra di carbonio/PEEK);
- Rivestimenti e riempitivi per stampaggio a iniezione.
La pratica del settore dimostra che fresatura a getto è il processo principale per la macinazione ultrafine del PEEK, per i seguenti motivi:
- Bassa temperatura e nessuna contaminazione: I mulini a getto sfruttano le collisioni tra particelle senza componenti meccanici, con conseguente generazione di calore minima e nessuna usura del metallo, prevenendo efficacemente la degradazione termica e garantendo un'elevata purezza.
- Eccellente capacità ultrafine: I mulini a getto possono facilmente raggiungere d97 < 10 μm e persino 1–5 μm con una distribuzione granulometrica ristretta, soddisfacendo le esigenze di applicazioni ad alta precisione. I trasformatori internazionali (come Polverizzatore a getto) utilizzano ampiamente i mulini a getto per le polveri PEEK nel settore aerospaziale e nella stampa 3D.
- Buon controllo della forma delle particelle: I mulini a getto a letto fluido possono produrre particelle quasi sferiche, migliorando la fluidità della polvere.
- Vantaggi per i materiali sensibili al calore: Sebbene il PEEK abbia un punto di fusione elevato, può rammollirsi localmente in caso di surriscaldamento. L'effetto di raffreddamento per espansione della fresatura a getto è ideale per questi materiali.
Al contrario, sebbene i mulini classificatori ad aria offrano una maggiore produttività e un minore consumo energetico, il loro meccanismo di impatto meccanico tende a generare calore e introdurre contaminanti. Pertanto, non sono ideali per il PEEK ultrafine ad elevata purezza. Gli ACM sono più adatti per applicazioni che richiedono particelle di medie dimensioni (come 20-50 μm) in materie plastiche generiche o materiali per uso alimentare.
Conclusione: La fresatura a getto è la soluzione ottimale per la macinazione ultrafine del PEEK
In sintesi, per la macinazione ultrafine del PEEK, in particolare quando si producono polveri ad elevata purezza inferiori a 10 μm, il mulino a getto (in particolare il tipo a letto fluido a getto contrapposto) è il processo ottimale. Offre il miglior equilibrio tra finezza, purezza, funzionamento a bassa temperatura e controllo della distribuzione granulometrica, evitando efficacemente i rischi termici e di contaminazione associati ai mulini classificatori ad aria. Sebbene i mulini a getto comportino un investimento iniziale e un consumo energetico maggiori, offrono un rapporto costo-efficacia superiore per le applicazioni PEEK di alto valore.
Per esigenze di produttività estremamente elevate, i mulini a getto possono essere combinati con classificatori esterni per un'ulteriore ottimizzazione. Per prodotti non ultrafini (oltre ~20 μm), i mulini classificatori ad aria possono fungere da alternativa. Tuttavia, nelle applicazioni di fascia alta, la macinazione a getto rimane insostituibile. Con i progressi futuri, come gli ugelli a risparmio energetico e il controllo intelligente della classificazione, i mulini a getto svolgeranno un ruolo ancora più importante nella lavorazione delle polveri di PEEK.
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— Pubblicato da Emily Chen