Насадки ротор-статор и рабочие головки

Насадки ротор-статор гомогенизатора определяют степень сдвига, итоговый размер частиц и стабильность эмульсий. Подбор рабочей головки (ротор + статор) по геометрии, материалу и диаметру позволяет точно настраивать диспергирование паст, суспензий и силиконов в стоматлабораториях — от грубого измельчения до тонкой эмульсии.

Ротор-статор: как насадка формирует сдвиг и поток

Рабочая головка состоит из ротора (вращающийся ножевой барабан) и статора (неподвижная «корона» с отверстиями/щелями). Ротор засасывает массу, ускоряет её до высокой линейной скорости, продавливает через отверстия статора и создает импульсные зоны высокого сдвига. Комбинация: геометрия отверстий + диаметр головки + обороты определяет спектр сдвигов, время пребывания и, как следствие, итоговую дисперсность.

Типы статоров и геометрия отверстий

Щелевой ротор-статор (slotted)

• Щели продольные или радиальные шириной 0,5–3 мм.
• Высокий объёмный поток, умеренно высокий сдвиг.
• Подходит для предварительного измельчения вязких паст, гипсовых шликеров, силиконов С-серии.

Ротор-статор перфорационный (с круглыми отверстиями)

• Отверстия 0,5–2 мм, равномерно распределённые.
• Баланс между пропускной способностью и энергией сдвига.
• Универсальная «рабочая лошадка» для суспензий с наполнителями (Al2O3, ZrO2), жидких слурри, адгезивов.

Мелкощелевой/микроперфорационный ротор-статор

• Щели/отверстия 0,1–0,5 мм, многорядная корона.
• Повышенное число циклов резания, высокий градиент сдвига.
• Тонкое диспергирование пигментов, стабилизация эмульсий силиконовых баз с пластификаторами.

Зубчатый/эмульсионный ротор-статор

• Зубчатые кромки ротора/статора, турбулентные сдвиговые зоны.
• Максимальная интенсивность для низко- и средневязких систем.
• Мелкодисперсные эмульсии, допрессование частиц в связующих (композитные смолы, праймеры).

Комбинированный (ступенчатый) ротор-статор

• Последовательность: перфорация → мелкощель → эмульсионная зона.
• В одном проходе: от грубого разрушения агломератов до тонкого срезания.
• Подходит для «однопассовых» циклов при ограниченном времени.

Размер частиц и дисперсность на выходе ротор-статора

Итоговый размер частиц зависит от геометрии, линейной скорости на периферии и времени пребывания (объём/подача). Ниже — ориентиры для лабораторных объёмов 50–2000 мл при корректном подборе вязкости и оборотов.

Тип статора	Типичный размер частиц/капель	Назначение	Примечания по проходам
Щелевой	80–300 мкм	Предизмельчение, разрушение мягких агломератов	1–2 прохода; для тоньше — смена на мелкощелевой
Перфорационный	40–150 мкм	Универсальное диспергирование, пасты средней вязкости	1–3 прохода до стационарного распределения
Мелкощелевой/микроперф.	10–50 мкм	Пигменты, эмульсии с повышенной стабильностью	2–4 прохода или увеличенное время выдержки
Зубчатый/эмульсионный	1–20 мкм (низковязкие)	Мелкодисперсные эмульсии, до субдесятков мкм	Часто достаточно 1–2 проходов при высокой скорости
Комбинированный	10–80 мкм за 1 проход	Широкий спектр материалов «с нуля»	Тонкая доводка — сменой на эмульсионный

Для абразивных наполнителей (стеклонаполненные композиты, оксиды) не гонитесь за предельным «микронажом» одним проходом: лучше несколько мягких циклов, чтобы снизить износ и перегрев связующих.

Материалы рабочих головок: совместимость и износ

• SS316L (нержавеющая сталь): базовый выбор. Коррозионная стойкость к большинству мономеров и спиртов, автоклавирование. Ограничение — ускоренный износ при постоянной работе с абразивами высокой твердости.
• PTFE (втулки/вставки): антиадгезионность, химическая инертность. Применяют как вкладыши для снижения налипания силиконов и смол. Не использовать выше температур/скоростей, указанных производителем (риски деформации).
• Карбид (карбид вольфрама) или техкерамика (Al2O3, Si3N4) на кромках: повышенная износостойкость для шликеров с твердыми наполнителями (ZrO2, SiC). Жесткий режим — меньше деформаций кромки, стабильная дисперсность дольше.

Рекомендация: для абразивных суспензий — SS316L корпус с карбидными напайками, для реакционно-активных мономеров — полностью стальные головки с полировкой Ra ≤ 0,8 мкм, для липких силиконов — сталь + PTFE-вкладыш.

Быстрая смена насадок и фиксация

• Байонет/полубайонет: четверть-оборота для снятия/установки. Оптимален для частых смен статоров в тестах серий.
• Резьбовая фиксация: повышенная жесткость узла, минимальный биений при высоких скоростях; смена дольше.
• Цанговый зажим (на валу): быстрый съём ротора, совместим с несколькими статорами; следите за чистотой цанги.
• Блокировки безопасности: датчик наличия головки, кожух. Обязательны при работе с летучими растворителями.

Процесс смены: останов → отключение питания → промывка на низкой скорости в совместимом растворителе → разборка → визуальный контроль кромок → установка выбранной короны → проверка осевого люфта → пробный запуск на 1000–2000 об/мин без нагрузки.

Рекомендации по оборотам и периферийной скорости ротор-статора

Ключевой параметр — линейная скорость на периферии (V), а не сами обороты (n). Приближение: V ≈ π·D·n, где D — диаметр ротора (м), n — об/с. Для большинства лабораторных смешений целимся в 10–25 м/с, адаптируя под вязкость и тепло.

Тип статора	Вязкость (при 25°C)	Диаметр ротора	Рекоменд. скорость V	Обороты (ориентир)
Щелевой	500–30 000 мПа·с	20–30 мм	8–16 м/с	5 000–9 000 об/мин (Ø25 мм)
Перфорационный	200–10 000 мПа·с	15–25 мм	10–18 м/с	6 000–12 000 об/мин (Ø20 мм)
Мелкощелевой	100–5 000 мПа·с	10–20 мм	15–22 м/с	9 000–15 000 об/мин (Ø15 мм)
Зубчатый/эмульсионный	10–1 000 мПа·с	10–20 мм	18–25 м/с	12 000–18 000 об/мин (Ø15 мм)
Комбинированный	100–10 000 мПа·с	15–25 мм	12–20 м/с	7 000–13 000 об/мин (Ø20 мм)

• Стартуйте с 30–40% от целевой скорости, оцените температурный рост и момент, затем поднимайте ступенчато.
• Для паст с наполнителями — держите V ниже верхней границы и продлите время: это уменьшит износ кромок и пыление.
• Обеспечьте погружение головки на 1–1,5 диаметра и свободный зазор от дна 0,5–1 диаметр для устойчивого потока.

Быстрый выбор насадки под типичную задачу

• Силиконы и эластомеры (низко-/средневязкие): перфорационный → эмульсионный для выравнивания текстуры.
• Композиционные смолы с пигментами: мелкощелевой; материал головки — сталь с PTFE-вкладышем.
• Абразивные суспензии оксидов: щелевой/перфорационный с карбидными кромками; несколько мягких проходов.
• Шликеры керамики: перфорационный, затем мелкощелевой для разбивки мягких флоккул до 10–30 мкм.