다양한 분쇄기 유형은 서로 다른 분쇄 원리에 따라 작동합니다. 분쇄기 선택은 궁극적으로 분쇄 대상 재료의 파단 거동에 따라 달라집니다.
단단하고 취성이 있는 재료는 주로 충격, 압력 및 마찰력에 의해 으깨지는 반면, 부드럽거나 탄성이 있는 재료는 주로 절단 및 전단력에 의해 효과적으로 가공됩니다.
입자 크기가 약 40mm 이상인 경우 일반적으로 파쇄기나 분쇄기를 사용합니다. 그러나 입자 크기가 더 작은 경우에는 분쇄기를 사용합니다.
원칙적으로 고체를 분쇄할 때는 서로 다른 응력 메커니즘을 구별할 수 있습니다.
이 방법에서는 재료가 두 표면(예: 밀링 머신의 공구) 사이에서 파단될 때까지 압축됩니다. 조 크러셔와 롤러 크러셔가 그 예입니다.
여기서 입자는 고속으로 고체 표면에 충돌하여 더 작은 조각으로 분해됩니다. 이는 분쇄 도구 자체 또는 분쇄기 벽면에 의해 발생할 수 있습니다. 대표적인 예로는 진동 분쇄기, 유성 분쇄기, 충격 분쇄기, 에어젯 분쇄기가 있습니다.
마찰력은 재료와 하나 이상의 표면 사이에 작용합니다. 연삭될 재료는 본질적으로 연삭됩니다. 이러한 연삭의 예로는 디스크 밀과 기타 마찰 밀이 있습니다.
이 방법에서는 두 개 이상의 고체 표면이 상호 작용하여 전단 효과를 생성합니다. 일반적으로 한 표면은 움직이고 다른 표면은 고정됩니다.
예: 드럼 밀, 크로스 비터 밀, 초음파 밀
여기서 재료는 두 개 이상의 날카로운 모서리를 가진 표면으로 나뉩니다. 적어도 하나의 표면에는 재료를 나누는 절삭날이 있습니다.
예: 분쇄기, 절단기, 칼날 분쇄기
분쇄기는 분쇄 원리뿐만 아니라 달성 가능한 입자 형상, 최종 미세도 및 처리량에도 영향을 미칩니다. 부적절한 분쇄기 선택은 과도한 마모, 열 발생 또는 불충분한 균질화를 초래할 수 있습니다. 진동 분쇄기는 충격력과 마찰력을 결합하여 소량 시료는 물론 건식, 습식 또는 극저온 분쇄에 적합합니다. 극저온 분쇄기에서는 액체 질소로 재료를 지속적으로 냉각하여 취성을 높이고 휘발성 성분을 보존합니다. 절단 분쇄기는 섬유질 또는 탄성 재료에 이상적이며 일정한 입자 크기를 제공하는 반면, 조 크러셔 또는 원심 분쇄기는 크고 단단한 덩어리의 예비 분쇄에 적합합니다. 여러 종류의 분쇄기를 적절히 조합하면 재료를 효율적이고 부드럽게 처리하고 후속 분석 또는 생산 단계에서 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다.
압축 응력은 가장 오래된 파쇄 원리 중 하나입니다. 재료는 두 개의 고정된 표면 또는 움직이는 표면 사이에 압축되어 내부 강도를 극복하고 파쇄됩니다. 조 크러셔나 롤러 크러셔와 같은 대표적인 기계는 이 원리를 이용합니다. 시료는 좁은 틈으로 투입되어 기계적 압력에 의해 파쇄됩니다. 이 방법은 광석이나 암석처럼 단단하고 취성이 강한 시료에 특히 효과적이며, 이러한 시료는 압력 하에서 비교적 쉽게 파쇄됩니다. 자이레이터 크러셔와 같은 1차 파쇄기에서는 편심으로 장착된 파쇄 콘이 균일한 응력을 발생시켜 높은 처리량을 보장합니다. 압축 원리는 강하고 탄성이 있는 재료에는 적합하지 않습니다. 이러한 재료는 파쇄되기보다는 변형되는 경향이 있기 때문입니다. 이 방법을 사용할 때는 브리징 현상과 불균일한 입자 크기 분포를 방지하기 위해 재료를 균일하게 투입하는 것이 중요합니다.
충격 밀링은 시료를 고속으로 고체 표면에 접촉시키는 방식입니다. 가속된 입자는 충격면이나 연삭 공구에 부딪히면서 발생하는 충격력으로 인해 파쇄됩니다. 볼 밀, 해머 밀, 제트 밀은 고속 회전이나 공기 흐름을 통해 수많은 충격을 발생시켜 이 원리를 이용합니다. 특히 단단하고 취성이 강하며 결정질인 재료에 적합하며, 이러한 재료는 충격에 의해 미세한 입자로 분쇄됩니다. 진동 밀은 이 원리에 마찰력을 더하여 작은 시료를 효율적으로 균질화하며, 건식, 습식, 극저온 밀링에도 적합합니다. 최종 입자 크기는 충격 속도, 연삭 공구의 형상, 밀링 공정에 따라 달라집니다. 충격 밀링은 열을 발생시키므로 온도에 민감한 시료나 휘발성 성분을 포함하는 재료의 경우 적절한 냉각이 필요합니다.
마찰 분쇄는 분쇄 도구 표면이 시료에 대해 상대적으로 움직이면서 발생하는 마찰력을 이용하는 방식입니다. 고체 입자는 본질적으로 마모되면서 분쇄되며, 압축력과 전단력이 동시에 작용합니다. 디스크 밀과 분쇄판은 이러한 슬라이딩 마찰을 이용하여 연질에서 중경질에 이르는 재료를 분쇄하거나 균질화합니다. 슬라이딩 운동 중에 에너지가 지속적으로 열로 변환되기 때문에 마찰 분쇄는 일반적으로 압축 분쇄나 절삭 분쇄보다 열 발생량이 높습니다. 따라서 융점이 낮거나 열에 민감한 성분을 포함하는 시료는 천천히 분쇄하거나 예냉해야 합니다. 마찰 분쇄는 균일한 입자 크기 분포와 매우 미세한 최종 입자 크기가 요구되는 경우, 예를 들어 분석용 분말 생산에 적합합니다. 많은 분쇄기에서는 마찰력을 충격력이나 전단력과 함께 사용하여 더욱 효과적인 분쇄 결과를 얻습니다.
전단은 두 표면이 서로 상대적으로 변위될 때, 그 사이에 있는 재료가 전단 운동에 의해 절단되거나 분쇄되는 현상입니다. 이 원리는 플라스틱, 채소, 목재, 종이와 같이 압축력만으로는 분쇄하기 어려운 섬유질, 질긴 재료, 탄성 재료에 특히 적합합니다. 로터 임팩트 밀과 크로스 임팩트 밀은 시료를 전단하는 반대 방향으로 회전하는 공구를 사용하며, 결과적으로 생성되는 입자 크기는 체와 절단 속도를 통해 조절할 수 있습니다. 주요 장점 중 하나는 열 발생량이 적어 열에 민감한 시료를 보호할 수 있다는 점입니다. 전단은 비교적 깨끗한 절단면과 좁은 입자 크기 분포를 제공합니다. 시료 크기가 크거나 섬유질 재료의 경우 사전 분쇄가 도움이 될 수 있습니다. 매우 탄성이 강한 제품의 경우 전단과 절단을 조합하여 사용하는 경우가 많습니다.
절단 방식은 날카로운 절삭날이 시료를 전단하거나 잘게 자르는 원리를 이용합니다. 절단 밀, 파쇄기, 회전식 절단기는 회전 운동을 통해 시료를 일정한 크기의 입자로 절단하는 날이나 칼날을 가지고 있습니다. 이 방법은 식물, 직물, 플라스틱, 필름과 같이 부드럽고 탄력 있으며 섬유질이 많거나 질긴 재료에 적합합니다. 날카로운 절단면은 마찰을 최소화하고 열 발생을 줄여 시료의 변색이나 열적 변화를 방지합니다. SM 시리즈와 같은 최신 절단 밀은 가변 절단 속도와 스크린 인서트를 제공하여 원하는 입자 크기를 재현성 있게 설정할 수 있습니다. 순수 압축 또는 충격 방식과 달리, 절단 방식에서 생성되는 입자는 길쭉하거나 비늘 모양을 유지하는 경우가 많습니다. 절단 방식은 매우 단단하고 취성이 강한 재료에는 적합하지 않으며, 이러한 재료에는 압축 또는 충격 방식의 밀을 사용하는 것이 좋습니다.
