Планетарные шаровые мельницы отвечают и превосходят все требования для быстрого и воспроизводимого измельчения до аналитической тонкости. Они используются для решения самых сложных задач в лаборатории, от рутинной обработки образцов до коллоидного измельчения и разработки современных материалов.
- Исходный размер частиц*: 10 мм
- Конечная тонкость*: 1 мкм, для коллоидного измельчения 0,1 мкм
- Соотношение скоростей: 1 : -2
- Количество размольных мест: 1
Подробная информация об областях применения, принципах работы и материалах, используемых в планетарных шаровых мельницах.
- Исходный размер частиц*: 4 мм
- Конечная тонкость*: 1 мкм, для коллоидного измельчения 0,1 мкм
- Количество размольных мест: 2
- Соотношение скоростей: 1 : -2
- Исходный размер частиц*: 10 мм
- Конечная тонкость*: 1 мкм, для коллоидного измельчения 0,1 мкм
- Соотношение скоростей: 1 : -2
- Количество размольных мест: 2
- Исходный размер частиц*: = 8 мм
- Конечная тонкость*: ~ 5 мкм
- Vibrational frequency: 3 - 30 Hz (180 - 1800 min-1)
- Измерение давления и температуры в банке для Шлифования
- Измерение давления 0-5 бар
- Измерение температуры: -25 °C - +90 °C
Планетарные шаровые мельницы - принцип работы
На Планетарной шаровой мельнице каждая банка представляет собой «планету». Эта планета расположена на круглой платформе, так называемом солнечном круге. Когда солнечное колесо вращается, банка вращается вокруг своей оси, но в обратном направлении. Таким образом, активируются центробежные силы и силы Кориолиса, что приводит к быстрому ускорению Шарового Шлифования. В результате этого возникает очень высокая энергия переплетения, необходимая для получения очень мелких частиц. Огромное ускорение Шарового Шлифования от одной стенки банки к другой оказывает сильное воздействие на материал образца и приводит к дополнительным эффектам уменьшения размеров за счет трения.
Для коллоидного фрезерования и большинства других видов применения соотношение между скоростью солнечного круга и скоростью баночного Шлифования составляет 1: -2. Это означает, что в течение одного вращения солнечного круга банка Шлифования вращается дважды в противоположном направлении. Такое соотношение скоростей в целом очень характерно для Планетарных Шаровых мельниц. Планетарные Шаровые мельницы с большим энергопотреблением и соотношением скоростей 1:-2,5 или даже 1:-3 используются главным образом для механохимического применения.
Планетарные шаровые мельницы - Области применения
Планетарные шаровые мельницы используются для сухого или мокрого измельчения мягких, твёрдых, хрупких и волокнистых материалов. Чрезвычайно высокие центробежные силы, действующие в планетарных шаровых мельницах, приводят к очень большой энергии и короткому времени измельчения.
Планетарные шаровые мельницы идеально подходят для таких исследовательских задач, как механохимия (механосинтез, механическое легирование и механокатализ) или сверхтонкое коллоидное измельчение в нанометровом диапазоне, а также для повседневных задач, таких как смешивание и гомогенизация.
Важнейшим преимуществом планетарных шаровых мельниц является их большая универсальность. Они выпускаются с различным количеством размольных станций. Стаканы и шары доступны в различных размерах и из различных материалов.
Планетарные шаровые мельницы - Материалы для размольного стакана и шаров
Как выбрать самый подходящий материал
Если, например, образец анализируется на содержание тяжелых металлов, то в результате истирания стального размольного стакана и шаров в образец может попасть хром, что приведет к искажению результатов анализа. Поэтому следует выбрать материал, не содержащий металлов, например, оксид циркония. Еще один момент, который необходимо учитывать, - это влияние гарнитуры на эффективность измельчения. Здесь важны два аспекта:
- Потребляемая энергия (связана с плотностью материала)
- Твёрдость материала
Потребляемая энергия
Потребляемая энергия растёт с увеличением плотности материала. Если материал размольных стаканов и шаров имеет высокую плотность, например, карбид вольфрама, то ускорение мелющих шаров при заданной скорости выше по сравнению с материалами меньшей плотности. Это означает, что при ударе шара об образец затрачивается больше энергии и, следовательно, эффект измельчения выше при использовании плотных материалов. Данный эффект полезен для измельчения твёрдых хрупких образцов.
С другой стороны, для мягких образцов слишком большая затрата энергии может помешать эффективному измельчению. В таких случаях образец не превращается в мелкий порошок, а образует слой, который прилипает к стенкам стакана и покрывает мелющие шары. Гомогенизация в этом случае невозможна, а извлечение образца затруднено. Для мягких образцов лучше подходят другие типы мельниц, например, роторные мельницы.
Твёрдость
Чтобы подобрать материал для стакана и шаров подходящей твёрдости, необходимо учитывать следующее: Материал должен быть твёрже, чем образец. Если материал будет менее твёрдым, то мелющие шары могут быть измельчены частицами образца.
Размольная гарнитура из различных материалов
Не рекомендуется использовать гарнитуру из разных материалов, например, стакан из стали с шарами из оксида циркония. Во-первых, истирание обоих материалов будет влиять на результат анализа, а во-вторых, увеличивается износ гарнитуры.
Планетарные шаровые мельницы - рекомендуемое заполнение стаканов
Для сухого измельчения
Для мокрого измельчения
Для волокнистых образцов
Для сухого измельчения наилучшие результаты обычно достигаются при использовании так называемого правила одной трети. Это означает, что примерно треть объёма стакана должна быть заполнена шарами. Следуя этому правилу, чем меньше шары, тем больше их должно быть, чтобы заполнить третью часть стакана. Еще одна треть объёма стакана должна быть заполнена материалом образца. Оставшаяся треть - это свободное пространство для обеспечения движения шаров внутри для достижения необходимой энергии измельчения для быстрого измельчения образца.
При соблюдении данного правила обеспечивается необходимая энергия измельчения, и в то же время в стаканах находится достаточное количество образца для предотвращения износа.
Для получения частиц размером до 100 нм и менее требуется мокрое измельчение и трение, а не удар. Это достигается за счет использования множества мелких шаров с большой поверхностью и большим количеством точек трения. Следовательно, уровень заполнения в одну треть, который рекомендуется для процессов сухого измельчения, заменяется правилом 60 %, означающим, что 60 % стакана заполняется мелкими шарами. Количество образца должно составлять примерно 30 %. Сначала в стаканы добавляются маленькие шары (по весу!), затем добавляется и перемешивается материал. В заключение добавляется диспергирующая жидкость, которая тщательно перемешивается.
Для волокнистых материалов или материалов, которые при измельчении резко теряют свой объём, рекомендуется более высокая степень заполнения пробы. В стакане должно находиться достаточное количество образца для минимизации износа. При необходимости можно добавить материал образца после нескольких минут измельчения для поддержания минимально необходимого объёма.
Для мокрого или наноизмельчения правила заполнения стаканов несколько иные.
Как выбрать правильный размер мелющих шаров
Согласно другому эмпирическому правилу, мелющие шары должны быть как минимум в три раза больше, чем самый большой кусок образца. Таким образом обеспечивается быстрое измельчение образца.
Для определения подходящего размера шара для требуемой конечной тонкости обычно применяется множитель равный примерно 1000. Например, если конечная цель - измельчение до 30 мкм (D90), то наиболее подходящий размер шаров составляет от 20 до 30 мм. Если требуются более мелкие частицы, шары должны быть удалены и заменены на более мелкие на втором этапе измельчения.
Так как более крупные шары могут измельчить более мелкие, не рекомендуется комбинировать шары разных размеров в одном процессе измельчения.
Мокрое и наномасштабное Шлифование в планетарных Шаровых мельницах
В нанотехнологии рассматриваются частицы в диапазоне от 1 до 100 нм. Эти частицы обладают особыми свойствами, обусловленными их размером, поскольку их поверхность значительно увеличена по отношению к объёму (так называемые "функциональные возможности, обусловленные размером"). Например, ультратонкие частицы более твёрдые и прочные, чем более крупные.
При сухом измельчении размер частиц образца может быть уменьшен только до определенной степени, так как мелкие частицы имеют тенденцию заряжаться на своей поверхности и агломерироваться. Поэтому для разделения частиц используется жидкость или диспергатор. Солевые растворы используются для нейтрализации поверхностных зарядов. Длинноцепочечные молекулы в жидкости могут удерживать частицы разделенными благодаря стерическим препятствиям.
Из-за значительно увеличенной поверхности по отношению к объёму, маленькие частицы притягиваются друг к другу своими электростатическими зарядами. Нейтрализация поверхностных зарядов возможна только путём добавления буфера (электростатическая стабилизация, слева) или путем добавления длинноцепочечных молекул (стерическая стабилизация, справа).
Использование планетарных Шаровых мельниц для совместного кристаллического скрининга
Кокристаллы представляют собой твердые материалы, состоящие из двух или более молекулярных компонентов. Кокристаллический скрининг представляет собой процесс выявления подходящих коформеров, образующих стабильные и желательные кокристаллы с молекулой-мишенью. Кокристаллический скрининг может использоваться для улучшения физико-химических свойств, например фармацевтических препаратов или агрохимикатов, таких как растворимость или стабильность. С помощью специального адаптера кокристаллический скрининг может проводиться на Планетарной шаровой мельнице с использованием одноразовых пробирок, таких как стеклянные пробирки с содержанием GC 1,5 мл. Обычно для смешивания веществ с низкой или умеренной скоростью используется несколько стальных шариков 3 мм или 4 мм. При необходимости добавляется несколько мкл растворителя. Процесс обычно завершается за 30-120 мин.
Адаптер включает 24 положения, расположенных во внешнем кольце с 16 позициями, и внутреннее кольцо с 8 позициями. Наружное кольцо принимает до 16 пробирок, что позволяет скрининговать до 64 образцов одновременно при использовании Планетарной шаровой мельницы PM 400. Восемь положений внутреннего кольца пригодны для проведения испытаний с различными энергозатратами, например для исследований механосинтеза.
Поскольку пробирки изготовлены из стекла, скорость мельницы должна быть тщательно выбрана, мы рекомендуем максимальную скорость 500 об/мин в PM 300 и 550 об/мин в PM 100. Максимальная скорость 400 об/мин в PM 400 не является критической.
Для костального срабатывания высокой энергией, получаемой в результате скрининга химических веществ с высокой скоростью, что может привести к снижению их эффективности и снижению их скорости.
Aeration lids from RETSCH
Aeration lids have been engineered to improve both the efficiency and safety of grinding processes in laboratory environments. They are especially beneficial when working with materials that require a controlled atmosphere—such as during wet grinding or when handling reactive substances. In such cases, the internal atmosphere, including oxygen, can be replaced by flushing the jar with an inert gas like nitrogen.
These lids also enable the introduction of gases directly into the grinding jar, which is essential for certain chemical reactions or for maintaining an inert environment. The jars can be pressurized up to 5 bar, which may help facilitate the incorporation of gas molecules into the reaction during milling.
Additionally, aeration lids allow the grinding jar to be connected directly to an analyzer—either after operation in a planetary ball mill (or in the Emax) or even during operation in the MM 500 nano or MM 500 control. This setup makes it easy to analyze gases released during grinding processes or generated by chemical reactions. The lids are equipped with inlays made from various materials—such as stainless steel, zirconium oxide, and tungsten carbide—allowing the same lid to be used with different jar types.
Планетарные шаровые мельницы - часто задаваемые вопросы
What is a planetary ball mill
Planetary ball mills are used for pulverizing solid sample materials by impact and friction. The extremely high centrifugal forces result in very high pulverization energy and therefore short grinding times. Planetary ball mills are available with one, two or four grinding stations.
Which applications require a planetary ball mill?
Planetary ball mills are used wherever highest demands are placed on speed, fineness, purity, and reproducibility. They pulverize and mix soft, medium-hard to extremely hard, brittle and fibrous materials and easily achieve grind sizes in the low micron or even in the nanometer range. They are perfectly suited for mechanochemical applications.
How does a planetary ball mill work?
In the planetary ball mill, every grinding jar represents a “planet”. This planet is located on a circular platform, the so-called sun wheel. When the sun wheel turns, every grinding jar rotates around its own axis, but in the opposite direction. Thus, centrifugal and Coriolis forces are activated, leading to a rapid acceleration of the grinding balls.