Pentingnya proses pencampuran dan mekanisme pencampuran

Sifat akhir banyak produk sering kali sangat ditentukan oleh proses pencampuran. Dalam banyak kasus, proses pencampuran menentukan bagaimana berbagai komponen didistribusikan dalam campuran. Dalam produksi banyak produk komposit, pencampuran dilakukan sebelum produk komposit tersebut dibentuk. Kualitas pencampuran yang dapat diterima dan campuran yang cukup homogen ditentukan selama fase pencampuran. Misalnya, dalam pembuatan obat-obatan, harus dipastikan bahwa setiap pil memiliki komposisi yang sama dan bahwa zat aktifnya didistribusikan secara merata.

Biasanya terdapat pengetahuan praktis tentang cara mengoptimalkan proses pencampuran dan pemilihan mixer yang paling sesuai. Namun, masih ada pertanyaan operasional yang relatif sederhana yang belum terjawab. Salah satu alasannya adalah bahwa banyak eksperimen yang memakan waktu diperlukan untuk menemukan solusi yang optimal.

Secara umum, pencampuran bubuk sering kali dianggap secara keliru sebagai salah satu langkah paling sederhana dalam proses manufaktur. Pengetahuan ilmiah mengenai perilaku campuran bubuk masih terbatas. Campuran bubuk yang dicampur secara industri biasanya terdiri dari beberapa komponen, yang terkadang juga terdiri dari berbagai subkomponen. Dalam praktiknya, diagram alur hanya menunjukkan aliran berbagai komponen. Pertanyaan seperti "Apa yang harus diubah dalam proses pencampuran jika proporsi komponen dalam campuran bubuk berubah?", "Apa yang terjadi pada kualitas jika kecepatan mixer ditingkatkan?", "Di mana komponen kecil atau cairan sebaiknya dimasukkan ke dalam mixer?" dan "Dapatkah waktu pencampuran dikurangi jika kecepatan putaran meningkat?" sering kali tetap tidak terjawab.

Prinsip pencampuran partikel bubuk

Mobilitas partikel bubuk diperlukan untuk mencampurkan campuran bubuk. Partikel bubuk memerlukan energi eksternal agar dapat bergerak. Difusi seperti yang terjadi dalam cairan tidak terjadi dalam campuran bubuk. Energi untuk menggerakkan partikel dapat disuplai dengan berbagai cara. Kadang-kadang dengan poros pengaduk yang berputar atau pengaduk berputar yang bergerak melalui bubuk yang akan dicampur, terkadang melalui gravitasi, dan terkadang dengan kombinasi kedua teknik tersebut. Seberapa baik proses pencampuran berlangsung juga bergantung pada sejumlah sifat fisik partikel, seperti gesekan antar partikel dan kohesi.

Hal yang menarik tentang bubuk dan campuran bubuk adalah bahwa mereka dapat berperilaku seperti benda padat, tetapi juga seperti cairan atau gas. Berbeda dengan cairan, bubuk dapat mentransfer gaya secara simultan dengan berbagai cara, melalui gesekan internal, gaya Van der Waals, gaya kapiler, dan gaya elektrostatik.

Campuran bubuk diklasifikasikan ke dalam dua kategori: mengalir bebas atau didorong oleh kohesi. Dalam praktiknya, hal ini sebaiknya dipandang sebagai skala geser. Kohesi berkurang secara kuadratis seiring dengan ukuran partikel bubuk. Gaya Van der Waals dan aksi kapiler mendominasi pada partikel yang lebih kecil dari 500 mikron dan meningkat secara proporsional dengan diameter partikel. Secara empiris telah ditetapkan bahwa untuk partikel bubuk yang lebih kecil dari 100 mikrometer, kohesi sering kali menjadi gaya dominan, sedangkan di atas batas ini bubuk biasanya dapat dianggap mengalir bebas. Namun, sifat bubuk lainnya juga berperan dalam menentukan sifat aliran bubuk.

Pada skala makroskopik, jika terdapat partikel kecil (kurang dari 100 mikrometer), perpindahan gaya antar partikel terutama didorong oleh kohesi. Dalam kasus ini, ukuran dan bentuk partikel sangat menentukan perilaku aliran. Penting untuk memperhitungkan hal ini saat mencampur partikel bubuk.

Mengkarakterisasi berbagai partikel bubuk dalam suatu campuran tidak cukup untuk memprediksi bagaimana partikel akan bergerak selama proses pencampuran. Dengan kata lain, perilaku aliran campuran partikel bubuk bisa sangat berbeda dari perilaku salah satu komponennya. Biasanya, bahan utama dalam campuran bubuk menentukan perilaku aliran, tetapi ini tidak berlaku untuk semua jenis campuran.

Terakhir, penting untuk menyadari bahwa selama proses pencampuran, partikel bubuk dapat berubah bentuk atau mulai menggumpal. Hal ini dapat kembali mengubah perilaku aliran campuran.