Princípy drvenia

Použitý mlyn určuje nielen princíp drvenia, ale aj dosiahnuteľný tvar častíc, konečnú jemnosť a priepustnosť. Zlý výber mlyna môže viesť k nadmernému opotrebovaniu, vzniku tepla alebo nedostatočnej homogenizácii. Vibračné mlyny kombinujú nárazové a trecie sily a sú vhodné pre malé vzorky, ako aj pre suché, mokré alebo kryogénne mletie. V kryogénnom mlyne sa materiál kontinuálne chladí kvapalným dusíkom, vďaka čomu je krehký a zachováva prchavé zložky. Rezacie mlyny sú ideálne pre vláknité alebo elastické materiály a dodávajú definované veľkosti častíc, zatiaľ čo čeľusťové drviče alebo odstredivé drviče sú vhodné na preddrvenie veľkých, tvrdých hrudiek. Dobre premyslená kombinácia niekoľkých typov mlynov zaisťuje, že materiál sa spracováva efektívne a šetrne a že následné kroky analýzy alebo výroby prinášajú spoľahlivé výsledky.

Tlakové napätie je jedným z najstarších princípov drvenia. Materiál sa stláča medzi dvoma pevnými alebo pohyblivými povrchmi, kým neprekoná svoju vnútornú pevnosť a nezlomí sa. Typické stroje, ako sú čeľusťové drviče alebo valcové drviče, fungujú na tomto princípe: Vzorky sa privádzajú do úzkej medzery a drvia sa mechanickým tlakom. Táto metóda je obzvlášť účinná pre tvrdé a krehké vzorky, ako sú rudy alebo horniny, ktoré sa pod tlakom relatívne spontánne lámu. V primárnych drvičoch, ako sú gyrátorové drviče, excentricky umiestnený drviaci kužeľ zabezpečuje rovnomerné napätie a vysoký prietok. Kompresný princíp je menej vhodný pre húževnato elastické materiály, pretože tie majú tendenciu sa skôr deformovať ako drviť. Pri použití tejto metódy je dôležité zabezpečiť, aby sa materiál privádzal rovnomerne, aby sa predišlo premosteniu a nerovnomernému rozloženiu veľkosti častíc.

Pri nárazovom mletí sa vzorka privádza do kontaktu s pevným povrchom vysokou rýchlosťou. Zrýchlené častice narážajú na nárazové povrchy alebo brúsne nástroje a v dôsledku výsledných nárazových síl sa rozbíjajú. Guľové mlyny, kladivové mlyny a prúdové mlyny využívajú tento princíp generovaním početných nárazov prostredníctvom rýchlych otáčok alebo prúdenia vzduchu. Je vhodný najmä pre tvrdé, krehké a kryštalické materiály, ktoré sa pri náraze rozpadajú na jemnejšie častice. Vo vibračných mlynoch sa tento princíp kombinuje s trením, aby sa efektívne homogenizovali malé vzorky; sú vhodné aj na suché, mokré a kryogénne mletie. Konečná jemnosť závisí od rýchlosti nárazu, geometrie brúsnych nástrojov a procesu mletia. Nárazové mletie môže generovať teplo, preto sa pre teplotne citlivé vzorky alebo materiály obsahujúce prchavé zložky odporúča primerané chladenie.

Trecie brúsenie sa spolieha na pohyb povrchu brúsneho nástroja vzhľadom na vzorku, čím sa medzi nimi vytvárajú trecie sily. Pevné častice sa v podstate obrusujú; tlakové a šmykové sily pôsobia súčasne. Kotúčové mlyny a brúsne dosky využívajú toto klzné trenie na mletie alebo homogenizáciu mäkkých až stredne tvrdých materiálov. Generovanie tepla je zvyčajne vyššie ako pri tlakovom alebo reznom brúsení, pretože energia sa počas klzného pohybu neustále premieňa na teplo. Preto by sa vzorky s nízkymi bodmi topenia alebo teplocitlivé zložky mali mlieť buď pomaly, alebo predchladiť. Trecie brúsenie je vhodné, keď sa vyžaduje rovnomerné rozloženie veľkosti častíc a veľmi jemná konečná veľkosť častíc, napríklad pri výrobe práškov na analytické stanovenia. V mnohých mlynoch sa trenie používa v spojení s nárazovými alebo šmykovými silami na dosiahnutie efektívnejšieho výsledku drvenia.

K strihaniu dochádza, keď sú dva povrchy voči sebe posunuté a materiál medzi nimi sa reže alebo brúsi strihovým pohybom. Tento princíp je vhodný najmä pre vláknité, húževnaté a elastické materiály, ako sú plasty, zelenina, drevo alebo papier, ktoré sa ťažko brúsia iba pomocou tlakových síl. Rotorové úderové mlyny a krížové úderové mlyny majú protibežné nástroje, ktoré strihajú vzorku; výslednú veľkosť častíc možno definovať sitami a rýchlosťou rezania. Kľúčovou výhodou je nízke generovanie tepla, ktoré chráni vzorky citlivé na teplo. Strihanie vytvára relatívne čisté rezané hrany a úzke rozloženie veľkosti častíc. Predbrúsenie môže byť prospešné pre väčšie vzorky alebo vláknité materiály. Pre extrémne elastické výrobky sa často používa kombinácia strihania a rezania.

Pri princípe rezania ostré rezné hrany oddeľujú vzorku materiálu strihaním alebo sekaním. Rezacie mlyny, drviče a rotačné rezačky majú čepele alebo nože, ktoré režú vzorku na definované častice rotačným pohybom. Táto metóda je vhodná pre mäkké, elastické, vláknité a húževnaté materiály, ako sú rastliny, textílie, plasty alebo fólie. Ostrý rez generuje len minimálne trenie, a teda málo tepla, čím sa zabraňuje zmene farby alebo tepelnej zmene vzorky. Moderné rezacie mlyny, ako napríklad séria SM, umožňujú variabilné rýchlosti rezania a sitové vložky, čo umožňuje reprodukovateľné nastavenie požadovaných veľkostí častíc. Na rozdiel od čisto kompresných alebo úderových procesov tu tvar častíc často zostáva predĺžený alebo šupinovitý. Rezanie nie je vhodné pre veľmi tvrdé a krehké materiály; pre tieto materiály sa odporúčajú kompresné alebo úderové mlyny.