Développement de produits par mélange de poudres

Le mélange de poudres est considéré comme un art : contrairement aux liquides, les poudres ne se comportent souvent pas comme un continuum. De plus, les poudres peuvent s’écouler librement, mais elles peuvent aussi être cohésives, c’est-à-dire qu’il faut appliquer plus d’énergie pour faire bouger ces particules. Si l’on ajoute à cela que la taille des particules, la densité et la forme des différents composants peuvent également différer, tout cela fait que le mélange des poudres n’est pas du tout simple. Par conséquent, le mélange de matériaux solides exige une compréhension approfondie des matériaux, de leurs propriétés et des principes de fonctionnement de l’équipement de mélange utilisé. Le mélange des poudres peut normalement être considéré comme spontané et, comparé à la facilité de mélange des fluides, les systèmes particulaires ne se mélangeront qu’à la suite d’une agitation, d’un culbutage, d’une vibration ou d’autres méthodes mécaniques.

Trois mécanismes ont été utilisés dans le mélange des solides : la convection, la diffusion et le cisaillement. Dans le mélange par convection, des masses ou des groupes de particules sont transférés d’un endroit à un autre. Dans le mélange par diffusion, les particules individuelles sont réparties sur une surface développée au sein du mélange, tandis que dans le mélange par cisaillement, les groupes de particules sont mélangés par la formation de plans de glissement développés au sein de la masse du mélange.

Le mouvement des particules pendant une opération de mélange peut également entraîner un mécanisme opposé qui peut probablement inverser le processus de mélange et qui est connu sous le nom de ségrégation des mélanges de poudre. Lorsque des particules de densités sensiblement différentes sont mélangées, on peut observer que les particules les plus denses ont tendance à se déposer au fond du mélange. Parallèlement, si les particules grossières et fines sont mises en mouvement, les fines se séparent des plus grosses. Par conséquent, le contrôle de la qualité du processus de mélange est essentiel pour voir et comprendre si une ségrégation indésirable se produit.

Un processus typique de mélange de solides peut être considéré comme similaire à une réaction chimique essayant d’atteindre un état d’équilibre. Une fois que les mécanismes de mélange et de démélange atteignent un état d’équilibre, le produit final peut être considéré comme un mélange homogène. Afin de mesurer le degré d’homogénéité, l’échantillonnage de sous-lots représentatifs du mélange est crucial. La précision de l’analyse du mélange est grandement influencée par plusieurs facteurs, notamment la méthode d’échantillonnage, le nombre d’échantillons, la taille des échantillons et l’emplacement de chaque échantillon dans le matériau en vrac d’où il a été prélevé. On peut conclure que le mélange n’est manifestement pas un processus facile dans le domaine des poudres et des solides.

Dans notre zone d’essais sur le terrain, nous disposons de différents types d’équipements de mélange pour mélanger les poudres, depuis les mélangeurs à diffusion tels que les mélangeurs cubiques de 2 à 12 litres de volume de mélange, en passant par les mélangeurs à convection dans la gamme de 5 à 20 litres de volume de mélange, jusqu’aux mélangeurs à haut cisaillement dans la gamme de 1 à 6 litres de volume de mélange. La présence d’une variété d’équipements de mélange permet de mélanger des matériaux en poudre à écoulement libre jusqu’à des matériaux très cohésifs dans une large gamme de volumes de mélange. En introduisant un mélangeur à haut cisaillement, une énergie élevée peut être appliquée à chaque lot, ce qui permet d’obtenir des temps de mélange très courts et des niveaux élevés de flexibilité du processus. Le mélange à haut cisaillement peut être utilisé dans un large éventail d’industries, de l’alimentation, des boissons et des produits laitiers aux soins personnels, à la biotechnologie et aux produits pharmaceutiques. Le mélange à haut cisaillement permet d’obtenir un mélange homogène, en particulier pour les matériaux en morceaux et agglomérés qui ne se mélangeraient pas efficacement dans un mélangeur cubique à diffusion, par exemple.

Les cubilots que nous utilisons sont en acier inoxydable mais aussi en version transparente ; cette dernière permet une impression visuelle du processus de mélange et pourrait également informer visuellement sur le potentiel de ségrégation du produit en poudre, qui peut avoir un impact négatif sur la qualité du mélange.

Couplé à nos possibilités de caractérisation des produits, par exemple l’analyse de la taille des particules et l’analyse de la ségrégation, nous pouvons offrir une évaluation complète de votre processus de mélange.