Mélange intensif

Les produits en vrac nanodispersés ne s'écoulent pas, ils collent les uns aux autres. Ils ont tendance à former des agglomérats. Ce phénomène est particulièrement critique pour les particules très petites, par exemple dans le domaine nanométrique ou submicronique. Les forces d'adhérence interparticulaires dominent alors le comportement du matériau. Plus le rayon des particules r est petit, plus les forces d'adhérence F_{adh sont importantes.} Pour la force pondérale F ou F_grav, la formule suivante s'applique dans le cas de particules sphériques :

F_grav = g · m = ρ · 4/3 · π · r³ · g

m : force pondérale
g : accélération gravitationnelle
ρ : densité du solide
r : rayon idéal des particules

Ces forces d'adhérence sont les forces de Van der Waals, l'attraction électrostatique ou les forces capillaires. Elles dépassent souvent de plusieurs milliers de fois la force gravitationnelle F_grav des particules. Les rapports de force peuvent être clairement exprimés à l'aide du nombre de Bond « Bo » :

Bo = F_adh/F_grav ∝ 1/r²

F_adh​ étant la force d'adhérence entre les particules, F_grav​ leur poids. Pour les nanoparticules, lorsque les particules sont sphériques, on a :

F_adh ∝ r F_grav ∝ r³

Il en résulte un comportement d'écoulement fortement limité. Les particules adhèrent les unes aux autres, forment des micro-agglomérats et sont difficiles à traiter. Pour séparer ces agglomérats, des forces de cisaillement élevées sont nécessaires. Cela peut être réalisé, par exemple, avec des broyeurs à jet d'air, des disperseurs à cisaillement ou des mélangeurs haute performance.

amixon^® propose deux solutions :

• Lames à haut cisaillement
• Systèmes rotor-stator

Les deux systèmes génèrent localement des gradients de cisaillement très élevés par des effets d'impact et de frottement. Cela permet de désagréger les agglomérats et de séparer les particules primaires. Il est essentiel que les particules ne s'agglomèrent pas immédiatement à nouveau. C'est pourquoi elles doivent être rapidement enrobées par d'autres particules de taille similaire issues du mélange. Il est parfois conseillé d'ajouter des liquides appropriés afin d'empêcher la réagglomération. Ceux-ci doivent également être mélangés efficacement à la poudre.

Les mélangeurs de précision amixon^® sont particulièrement adaptés à de tels processus, car ils répondent à deux exigences essentielles.

• Haute qualité de mélange pour l'ensemble de la charge, que le degré de remplissage du mélangeur soit faible (100 litres) ou élevé (plusieurs mètres cubes).
• Micro-dispersion efficace : grâce à sa densité énergétique élevée, le mélangeur peut séparer de manière fiable même les agglomérats les plus fins.

Explication de la force d'adhérence entre les petites particules :

F_adh ≈ A·r/(6·D²)

A : constante de Hamaker (propriété du matériau)
D : distance entre les particules
r : rayon des particules

La force d'adhérence entre deux particules augmente de manière linéaire avec le rayon des particules r. Elle augmente de manière inversement proportionnelle au carré de la distance D entre les surfaces des particules :

F_adh ​∝ r/D^2​

Cela signifie que plus les particules sont proches les unes des autres, plus elles adhèrent fortement entre elles. Dans un lit de poudre compacté, les distances D entre les particules sont très faibles. La force d'adhérence augmente donc considérablement. Cela explique également la grande résistance des composants en métal fritté et en céramique technique frittée.