Cách một máy trộn ly tâm hành tinh loại bỏ bọt khí trong vài phút

Nếu bạn từng pha keo dán, hồ dẫn điện hoặc lớp phủ bằng tay — hoặc thậm chí bằng máy khuấy thông thường — bạn đều biết quy trình này: cạo, khuấy, chờ, cạo lại, và cuối cùng vẫn còn những bọt khí nhỏ mà bạn không thể loại bỏ.

Bọt khí là kẻ thù thầm lặng của mọi nhà công thức.
Nếu để mặc, chúng tạo ra các điểm tập trung ứng suất làm suy yếu đường liên kết, chặn các mạch dẫn điện trong mực dẫn điện và để lại các lỗ kim gây hỏng lớp hoàn thiện bề mặt.
Điều khiến người ta bực bội là rất khó loại bỏ chúng khỏi các vật liệu đặc.
Trong một hỗn hợp nhớt cao, một bọt khí vi mô có thể mất vài ngày để tự nổi lên bề mặt — bởi vì bọt khí phải di chuyển đến bề mặt chất lỏng, tạo thành màng, vỡ ra và cuối cùng thoát ra ngoài.
Vật liệu càng đặc thì toàn bộ chuỗi quá trình này diễn ra càng chậm.

Máy trộn khử bọt chân không là gì?

Máy trộn khử bọt chân không (thường được gọi là máy trộn khử khí chân không hoặc máy loại bỏ bọt) là một thiết bị trộn kết hợp giữa trộn ly tâm và buồng chân không.
Vật liệu được đặt trong các cốc kín, quay với tốc độ cao bên trong buồng đã được hút chân không.
Chuyển động quay tạo ra lực ly tâm mạnh, trong khi chân không đồng thời hút không khí ra khỏi vật liệu.
Hai hiệu ứng này phối hợp với nhau: lực ly tâm nén khối vật liệu và đẩy các bọt khí bị giữ lại hướng về bề mặt, còn chân không loại bỏ chúng trước khi chúng có thể hình thành trở lại.

Máy trộn ly tâm hành tinh là một loại máy trộn khử bọt chân không đặc biệt, trong đó các cốc vừa quay quanh một trục trung tâm (chuyển động quay quanh) vừa xoay quanh trục riêng của chúng (chuyển động tự quay).
Chuyển động kép này tạo ra một trường dòng chảy ba chiều mạnh mẽ, cho phép trộn và khử khí trong một bước duy nhất — không cần lưỡi trộn, không cần cánh khuấy, không có vùng chết.

Chi phí thực sự do không khí bị giữ lại

Bọt khí không chỉ gây mất thẩm mỹ.
Chúng biểu hiện rõ ràng dưới dạng các thông số đo được:

• Liên kết keo yếu đi.
  Các túi khí hoạt động như những điểm tập trung ứng suất.
  Dưới tác động của chu kỳ nhiệt hoặc tải cơ học, liên kết bị phá hủy sớm hơn và đột ngột hơn.
• Hiệu suất điện suy giảm.
  Trong hồ bạc và các vữa dẫn điện khác, bọt khí cản trở đường dẫn dòng điện, làm tăng điện trở bề mặt và làm giảm độ sắc nét khi in cũng như độ bám dính.
• Hình dạng không đồng nhất.
  Các lớp phủ, gel và chất bịt kín có bọt khí bị giữ lại sẽ xuất hiện đục hoặc lồi lõm, đồng thời độ nhớt và độ trong của từng mẻ dao động không thể dự đoán được.

Chờ bọt khí biến mất một cách tự nhiên hiếm khi là lựa chọn khả thi trong sản xuất.
Đun nóng có thể giúp ích, nhưng có thể làm hỏng các thành phần nhạy cảm với nhiệt.
Khuấy cơ học chỉ khiến thêm nhiều không khí xâm nhập vào.
Đó là lý do vì sao ngày càng nhiều nhà pha chế chuyển bước khử bọt của họ sang máy trộn khử bọt chân không chuyên dụng.

Nguyên lý hoạt động của khử bọt chân không bên trong máy

Nguyên lý hoạt động của máy trộn chân không kiểu hành tinh dựa trên ba lực:

1. Chuyển động quay (quỹ đạo).
   Giá đỡ cốc quay quanh trục trung tâm của máy với tốc độ cao.
   Lực ly tâm đẩy vật liệu ra ngoài và xuống dưới, nén chặt hỗn hợp và ép các bọt khí dồn lên bề mặt.
2. Quay (quay li tâm).
   Mỗi cốc cũng quay quanh trục riêng của nó, tạo ra lực cắt tại thành cốc.
   Điều này phá vỡ các cụm hạt trong khi hỗn hợp tiếp tục chuyển động, nên không có gì đứng yên đủ lâu để phân tầng.
3. Chân không.
   Buồng được hút chân không sâu — dòng TMV của SMIDA đạt 0,2 kPa — khiến các bọt khí nở ra và vỡ trên bề mặt thay vì tồn tại lơ lửng.

Vì các cốc được bịt kín, quy trình này còn ngăn ngừa việc hấp thụ độ ẩm và thất thoát dung môi, điều đặc biệt quan trọng đối với các hệ nhạy cảm với độ ẩm.

Các ảnh trước và sau ở trên cho thấy một loại keo độ nhớt cao được xử lý bằng máy trộn chân không SMIDA: hỗn hợp đục, chứa nhiều bọt khí bên trái trở thành vật liệu trong suốt, đồng nhất bên phải chỉ sau vài phút dưới chân không.

Vật liệu của bạn có phù hợp với khử khí ly tâm không?

Ba kiểm tra nhanh sẽ giúp bạn xác định xem máy trộn chân không kiểu hành tinh có nên được đưa vào quy trình của bạn hay không:

• Độ nhớt.
  Khử khí ly tâm xử lý mọi thứ, từ mực có độ nhớt thấp đến hồ dán có độ nhớt lên tới khoảng 2.000.000 cP — dải độ nhớt mà hiện tượng lắng đọng và bẫy bọt khí trở nên nghiêm trọng nhất.
• Độ nhạy với lực cắt.
  Vì quá trình trộn không sử dụng lưỡi khuấy, các chất độn tinh tế và các polymer mạch dài sẽ không bị cắt ngắn hay hư hại.
• Yêu cầu hệ thống kín.
  Nếu bạn cần ngăn chặn sự bay hơi dung môi, hấp thụ độ ẩm hoặc tiếp xúc với oxy, thiết kế cốc kín rõ ràng mang lại lợi thế vượt trội.

Các vật liệu đáp ứng đủ cả ba tiêu chí — hồ dẫn điện, keo dán, hợp chất đổ đầy (potting), kem mỹ phẩm, hỗn dịch pin — chính là những loại vật liệu được hưởng lợi nhiều nhất từ máy trộn khử bọt chân không.

Lựa chọn máy phù hợp: Những yếu tố cần so sánh

Khi đánh giá máy trộn khử bọt chân không, hãy nhìn vượt ra ngoài tốc độ ghi trên nhãn và so sánh các thông số thực sự quyết định kết quả:

Các câu hỏi thường gặp

Việc khử bọt chân không mất bao lâu?

Đối với hầu hết các hỗn dịch độ nhớt cao, chỉ cần vài phút trộn dưới chân không 0,2 kPa là đủ để loại bỏ các bọt khí nhìn thấy được và vi bọt — so sánh với việc để lắng hàng giờ hoặc hàng ngày, hoặc lặp lại nhiều lần qua buồng chân không.

Máy trộn khử bọt chân không có thể thay thế buồng chân không không?

Đối với vật liệu độ nhớt cao, có — thường hiệu quả hơn.
Buồng chân không phụ thuộc vào việc bọt khí nổi lên một cách thụ động, điều này cực kỳ chậm đối với các hỗn hợp đặc.
Máy trộn ly tâm hành tinh chủ động đẩy bọt khí ra ngoài nhờ lực ly tâm trong khi chân không loại bỏ chúng, chỉ trong một phần nhỏ thời gian.

Máy trộn có làm hỏng vật liệu nhạy cảm với lực cắt không?

Không có lưỡi dao nào tiếp xúc với vật liệu, do đó lực cắt được áp dụng nhẹ nhàng và đồng đều.
Các chất độn như vảy bạc, thủy tinh frit và bột gốm giữ nguyên hình dạng và phân bố kích thước.

Tôi có cần mẫu chân không hay mẫu máy trộn tiêu chuẩn là đủ không?

Nếu bọt khí ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản phẩm của bạn — chẳng hạn như keo dẫn điện, chất bịt kín, hoặc gel truyền nhiệt — hãy chọn mẫu chân không.
Đối với vật liệu không lo ngại về bọt khí, mẫu không chân không nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Kết luận

Việc khử khí không nên là bước chậm nhất trên dây chuyền của bạn.
Máy trộn ly tâm chân không kiểu hành tinh rút ngắn thời gian lắng hàng giờ xuống chỉ còn vài phút, đồng thời loại bỏ hoàn toàn nguy cơ nhiễm bẩn, vùng chết hoặc tích nhiệt như ở các máy trộn lưỡi.

Nếu một loại hồ đặc cụ thể nào đó gây khó khăn cho bạn trong việc loại bỏ bọt khí, hãy gửi mẫu đến phòng thí nghiệm SMIDA.
Chúng tôi sẽ chạy vật liệu của bạn trên chính các thiết bị của mình, trình bày cho bạn kết quả trước và sau khi xử lý, đồng thời đề xuất mẫu phù hợp nhất — từ các máy thí nghiệm 1 g đến các máy sản xuất công nghiệp 100 kg trở lên — trước khi bạn chi bất kỳ khoản tiền nào.