Principi drobljenja

Korišteni mlin određuje ne samo princip usitnjavanja, već i postignuti oblik čestica, konačnu finoću i protok. Loš odabir mlina može dovesti do prekomjernog habanja, stvaranja topline ili nedovoljne homogenizacije. Vibracijski mlinovi kombiniraju sile udara i trenja i pogodni su za male uzorke, kao i za suho, mokro ili kriogeno mljevenje. U kriogenom mlinu, materijal se kontinuirano hladi tekućim dušikom, što ga čini krhkim i čuva isparljive komponente. Mlinovi za rezanje idealni su za vlaknaste ili elastične materijale i isporučuju definirane veličine čestica, dok su čeljusne drobilice ili centrifugalne drobilice pogodne za prethodno drobljenje velikih, tvrdih grudvica. Dobro osmišljena kombinacija nekoliko tipova mlinova osigurava da se materijal obrađuje efikasno i nježno, te da naknadne analize ili koraci proizvodnje daju pouzdane rezultate.

Kompresivni napon je jedan od najstarijih principa drobljenja. Materijal se komprimira između dvije fiksne ili pokretne površine sve dok ne savlada svoju unutrašnju čvrstoću i ne slomi se. Tipične mašine poput čeljusnih drobilica ili valjkastih drobilica rade na ovom principu: Uzorci se ubacuju u uski razmak i drobe mehaničkim pritiskom. Ova metoda je posebno efikasna za tvrde i krhke uzorke poput ruda ili stijena, koje se relativno spontano lome pod pritiskom. U primarnim drobilicama kao što su žiroskopske drobilice, ekscentrično postavljen konus za drobljenje osigurava ujednačen napon i visok protok. Princip kompresije je manje pogodan za žilavo-elastične materijale, jer se oni teže deformaciji, a ne drobljenju. Prilikom korištenja ove metode važno je osigurati da se materijal ravnomjerno unosi kako bi se izbjeglo premošćivanje i neravnomjerna raspodjela veličine čestica.

Kod udarnog mljevenja, uzorak se dovodi u kontakt sa čvrstom površinom velikom brzinom. Ubrzane čestice udaraju u udarne površine ili alate za mljevenje i lome se zbog rezultirajućih sila udara. Kuglični mlinovi, čekićari i mlinovi s mlazom koriste ovaj princip generiranjem brojnih udara putem brzih rotacija ili strujanja zraka. Posebno je pogodan za tvrde, krhke i kristalne materijale, koji se pri udaru raspadaju na finije čestice. U vibracijskim mlinovima, ovaj princip se kombinira s trenjem kako bi se efikasno homogenizirali mali uzorci; pogodni su čak i za suho, mokro i kriogeno mljevenje. Konačna finoća ovisi o brzini udara, geometriji alata za mljevenje i procesu mljevenja. Udarno mljevenje može generirati toplinu; stoga se preporučuje odgovarajuće hlađenje za uzorke osjetljive na temperaturu ili materijale koji sadrže isparljive komponente.

Frikciono brušenje se oslanja na kretanje površine brusnog alata u odnosu na uzorak, generirajući sile trenja između njih. Čvrste čestice se u suštini abradiraju; kompresijske i smičuće sile djeluju istovremeno. Disk mlinovi i brusne ploče koriste ovo klizno trenje za mljevenje ili homogenizaciju mekih do srednje tvrdih materijala. Stvaranje toplote je obično veće nego kod kompresijskog ili reznog brušenja jer se energija kontinuirano pretvara u toplotu tokom kliznog kretanja. Stoga, uzorke sa niskim tačkama topljenja ili komponentama osjetljivim na toplotu treba ili polako mljeti ili prethodno hladiti. Frikciono brušenje je dobro prilagođeno kada je potrebna ujednačena raspodjela veličine čestica i vrlo fina konačna veličina čestica, na primjer, u proizvodnji prahova za analitička određivanja. U mnogim mlinovima, trenje se koristi u kombinaciji sa udarnim ili smičnim silama kako bi se postigao efikasniji rezultat usitnjavanja.

Do smicanja dolazi kada se dvije površine pomjere jedna u odnosu na drugu, a materijal između njih se reže ili melje pokretom smicanja. Ovaj princip je posebno pogodan za vlaknaste, žilave i elastične materijale poput plastike, povrća, drveta ili papira, koje je teško samljeti samo silama pritiska. Rotorski udarni mlinovi i unakrsni udarni mlinovi imaju alate koji se rotirajuće okreću u suprotnom smjeru i koji smiču uzorak; rezultirajuća veličina čestica može se definirati sitima i brzinom rezanja. Ključna prednost je nisko stvaranje topline, što štiti uzorke osjetljive na toplinu. Smicanje proizvodi relativno čiste rubove rezanja i usku raspodjelu veličine čestica. Prethodno mljevenje može biti korisno za veće uzorke ili vlaknaste materijale. Za izuzetno elastične proizvode često se koristi kombinacija smicanja i rezanja.

U principu rezanja, oštre ivice rezanja odvajaju uzorak materijala smicanjem ili sjeckanjem. Mlinovi za rezanje, drobilice i rotacijski rezači imaju oštrice ili noževe koji režu uzorak na definirane čestice rotirajućim pokretom. Ova metoda je pogodna za meke, elastične, vlaknaste i žilave materijale, kao što su biljke, tekstil, plastika ili filmovi. Oštar rez generira samo minimalno trenje i stoga malo topline, sprječavajući promjenu boje ili termičku promjenu uzorka. Moderni mlinovi za rezanje, poput SM serije, omogućavaju promjenjive brzine rezanja i sitaste umetke, što omogućava ponovljivo podešavanje željenih veličina čestica. Za razliku od čistih procesa kompresije ili udara, oblik čestica ovdje često ostaje izdužen ili ljuskast. Rezanje nije prikladno za vrlo tvrde i krhke materijale; za ove materijale preporučuju se mlinovi na kompresiju ili udar.