静态混合管的混合效率量化参数

混合管的不同特点对于待混材料及预定用途有着十分特别的重要性。本章节将重点讲述混合管本身的性能特点（即混合管特定相关特点），而不是整个施胶系统的性能特点（即系统特定相关特点）。

表1 特点分类

混合管在混合效率方面的特性可通过混合管长度与压降比例关系、材料在混合管操作中遭遇的剪切率、混合质量、混合管中的材料剩余量及其停留时间特性（见表 1）等指标进行表达。为了对这些特性进行定量与可比性描述，我们首先对无量纲特性进行了定义。如此一来，才有可能对对混合效率进行独立于待混合组份的材料特性和操作条件的评估。

1.1. 混合管的效率评估参数

1.1.1. 混合质量

由于两种组分的黏度较高，工业及牙科用双组份材料几乎总会出现层流现象。因此，混合不会以湍流形式实现，而只能通过组份的反复分离、剪切及再汇合的方式完成。混合质量通常用CoV（变异系数）来表达，这是一个纯随机变量，可定义为浓度分布的标准偏差除以其平均值的。因此，CoV值越低，混合物的质量越好。在层流情况下，某特定混合管所能达到的CoV值仅取决于待混合材料的流变特性、混合管的类型及混合成分的数量，但与操作条件无关系。

1.1.2. 压力损失

压力损失（从使用者的角度来说，即排出材料所需的力）是混合管的一个关键特征，因为这是使用者或排出装置必须施加的力。如果对排出力的大小已确定（例如：泵或电动挤出器），那么最大可达体积流量则受限于混合管的压力损失。每个混合元件的压力损失Δp可表达为：

1.1.3. 废料量

废料量是指施用后必须清除掉的混合管中的残余材料量。由于这些材料往往比较昂贵和/或具有环境危害性，减少废料量不仅可以省钱，而且还有助于保护环境。

 Kv 是用来表示混合管元件损失量的无量纲关键值。

1.1.4. 剪切应变率

在流变学中，剪切速率被视为作用于流体的机械应力度量指标。求取混合管的平均剪切速率S有多个方面的重要意义。一方面，对于剪切稀化型材料，剪切速率高有利于降低混合管的压力损失，从而有助于混合进程。不过，另一方面，剪切力过大会对敏感材料产生破坏作用，并对固化反应产生不利影响。

1.1.5. 停留时间特性

静态混合管通常采用高效率的径向混合设计，以此对径向浓度差进行补偿。这一特性可以通过以上混合质量特点进行评估。在某些应用情境下（尤其是使用移动式施放系统时），混合比会出现波动。因此，混合管还应具备良好的轴向混合能力，以便对这些问题进行弥补。这需要混合管必须具备广泛的停留时间分布，也就是说，一部分流体成分快速通过混合管，而另一部分流体成分缓慢通过。这么操作的意义在于，后进入混合管的组分仍有时间赶上移动较缓的组分，并最终在混合管出口端实现混合比的平衡。

1.2.不同类型混合管的优缺点

要实现两种组分的均匀混合，需要在混合管中形成高剪切力。总的来说，压力向剪切力的能量转换越好，混合管的混合效率越高。一个有意思的事实是，某特定类型的所有混合管（不论其直径大小及混合成分的数量）都可以通过一条曲线描绘出来，这对于牛顿及非牛顿流体均是如此。 图 1所示为特定混合管类型的平均剪切速率相对于混合管压降的曲线图。我们从中不难看出，Quadro混合管与T型混合管在排出力向剪切力的能量转换上效率最高。混合效率更高在实际应用中也可以观察到。在指定压降条件下，Quadro混合管与螺旋式混合管的混合质量最好，废料量最低。

图 1 混合管平均剪切流变率相对于压力损失

然而，这一关系仅适用于易于混合的材料。对于两种组分的混合比和/或黏度比逐渐升高的双组分材料，此类混合管的混合效率会有所下降，有时甚至根本无法实现均质混合。多项应用试验显示，螺旋式混合管的效率虽然不是那么高，但却适用于更广泛的用途。X网格混合管则建议用于低度到中度粘度、而黏度比很高的应用情形。对于一些难以混合的材料，采用X网格技术则可以达到非常高的混合质量。

选用何种类型的混合管可以参见图 2流程图的详细说明。

图 2 最佳混合管的选择

最佳尺寸规格（内径）及混合元件的数量主要取决于期望达到的流率及材料的黏度。迈德米斯凭借其庞大且品类繁多的产品组合，齐备的混合管尺寸规格及系列化混合元件，几乎可为各种用途提供最佳混合管解决方案。

关于作者：

“过去12年来，约阿希姆·肖克（Joachim Schöck）一直在苏尔寿Mixpac和迈德米斯瑞士股份公司（medmix）担任高级技术专家。他的工作主要涉及高精度应用程序及混合系统的优化及深度开发。这些工作很大程度上是利用CFD和FEM等现代模拟工具完成。此外，为了能准确预测双组分黏合剂、密封剂的混合质量，他的另一个专注领域是检验方法的进一步开发。”