Pigmentpastaviskositet i belægninger: Holder forskydningen under kontrol med keramiske roterende lobepumper
I et belægningsanlæg ser flytning af pigmentpasta fra en tank til en anden ud som den mindst interessante del af dagen. Det kan også være årsagen til, at en batch kommer ud med svag glans, dårlig skjul eller en farve, der ikke passer til den sidste kørsel. Pigmentpastaens viskositet skifter med forskydning, og pumpen starter normalt dette skift. Overførselsudstyr er med andre ord en del af formuleringen, uanset om nogen behandler det på den måde eller ej. Det former batch-til-batchfarve, finhedsstabilitet og tixotropi.
Pigmentpartikler skal deagglomereres, dispergeres og orienteres. Dispergeringsmidler indpakker partiklerne og giver elektrostatisk frastødning eller sterisk hindring. Det lag holder pastaen stabil. Det er ikke uforgængeligt. Skubbeforskydningshastigheder høje nok-30.000 s⁻¹ er en almindelig industrilinje, og partikler, der allerede var adskilt, kan klumpe sammen igen, eller det dispergeringsmiddellag kan trækkes af. Spredningskvaliteten falder. Intet ser forkert ud ved pumpen. Belægningen viser det senere: mindre glans, svagere skjul, en farve, der har flyttet sig.
Centrifugalpumper er normalt der, hvor problemerne starter. Et hurtigt-snurrende pumpehjul har høj spidshastighed, og det giver en kraftig forskydning i pastaen. Ved samme strømningshastighed producerer en centrifugalpumpe ofte forskydningshastigheder over 45.000 s⁻¹. En rotationspumpe kan holde sig i nærheden af 12.000 s⁻¹. Med pasta over 5.000 mPa·s er en centrifugalpumpe ikke bare ineffektiv; det bliver ved med at tilføje forskydningsenergi, som pastaen ikke kan tåle. Gearpumper er heller ikke et rent svar. Indgrebsafstanden skaber lokaliseret forskydning, der kan overskride pastaens grænse.
En keramisk rotationspumpe fungerer efter et andet princip. Det er positiv forskydning. To lapper roterer synkront og skaber en bevægelig volumenændring i kammeret. Produktet skubbes igennem, ikke slynges. Lapperne rører aldrig hinanden eller kammervæggen. Afstande er normalt 0,1 til 0,5 mm. Flow gennem kammeret er skånsomt, med ingen af turbulensen ved en pumpehjulsspids. Lobehastigheden er typisk 200 til 500 rpm; en centrifugalpumpe kan køre omkring 2.900 rpm. Produktet forbliver tæt på laminært, og forskydningshastigheder kan holdes omkring 10 til 50 s⁻¹. Centrifugalpumper kører normalt 1.000 til 10.000 s⁻¹.
Forskydningshastighed og forskydningskraft er ikke det samme. Forskydningshastighed er, hvor hurtigt hastighedsgradienten ændres i væsken. Forskydningskraft er det, der faktisk virker på pigmentagglomerater. Lav hastighed sænker forskydningshastigheden, men den reelle beskyttelse kommer fra lapprofilen. Involutte eller cykloide former klemmer produktet gradvist i stedet for at ramme det. Agglomerater deformeres langsomt i stedet for at bryde pludseligt. For pasta, der allerede er blevet spredt, er denne skelnen vigtig.
Keramik hjælper på en anden måde. Pigmentpasta med titaniumdioxid eller jernoxid er slibende. Metalpumper slides, lapper og kammervægge mister materiale, frirum åbner, og forskydningsadfærd ændres. En keramisk liner kan nå Vickers hårdhed over 1.600 HV. Den modstår slid tre til fem gange bedre end høj-kromstøbejern, og i slibende drift kan den holde fire til seks gange længere end en konventionel metalpumpe. Forskydningsparametre forbliver stabile, efterhånden som pumpen ældes. Keramik udvasker heller ikke metalioner, hvilket betyder noget i belægninger med høj-renhed, hvor jernforurening kan ændre pigmentfarve eller destabilisere systemet.
Start- og driftsindstillinger har betydning, selv med en pumpe med lav-forskydning. Pigmentpasta har ofte højere tilsyneladende viskositet, når den er stille. At køre direkte til fuld hastighed kan forårsage tryksvingninger i kammeret og en kort lokal forskydningsspids. En variabel frekvensomformer med en lineær rampe øger hastigheden langsomt. For farvepasta over 5.000 mPa·s skal tophastigheden holdes tæt på 200 rpm. Udledningstrykket skal også overvåges. For meget modtryk tvinger mere flow gennem lappen-til-kammerfrigang, og lokal forskydning forværres.
Rørføring bliver overset. Sæt en saks kun ved at flyde gennem røret. Albuer, reduktionsrør og ventiler skaber høje-forskydningszoner ved at ændre hastigheden. En kompliceret afgangsledning kan tilføje forskydning, selv når pumpen er skånsom. Lige løb og færre beslag mindsker risikoen.
At flytte pigmentpasta er ikke et spørgsmål om "hvis den bevæger sig, virker den." Viskositeten reagerer på forskydning, så overførselsudstyr bliver en del af det endelige produkts ydeevne. En keramisk roterende lappumpe eliminerer ikke forskydning. Det holder forskydning inden for, hvad pastaen kan klare, og materialerne og geometrien holder den kontrol over tid.
