Lames raclantes dans les mélangeurs à haute viscosité : pourquoi le contact avec les parois détermine l’homogénéité du lot

Le film mural est un produit distinct

Dans une cuve agitée, le matériau au contact de la paroi est maintenu par friction contre une surface immobile. La majeure partie du lot est cisaillée et brassée par l'élément mélangeur, mais les quelques millimètres au contact de la paroi restent pratiquement immobiles, et aucune augmentation de la vitesse de rotation de l'arbre ne modifie cet état, car l'élément mélangeur ne les touche jamais.

Ce qui distingue un problème de qualité d'un simple défaut esthétique, c'est que le film a un historique différent de celui du lot. Il a subi beaucoup moins de cisaillement, ce qui permet aux agglomérats de rester intacts. Il est en contact direct avec l'enveloppe ; par conséquent, si celle-ci chauffe ou refroidit, sa température diffère. Il reste en place pendant toute la durée du cycle de production ; ainsi, si le produit est réactif ou contient des solvants, il a eu beaucoup plus de temps pour réagir ou perdre son solvant.

Lors de la vidange, le film réintègre le lot, soit parce que le récipient bascule, soit parce que la dernière portion s'écoule le long de la paroi. C'est alors que les conséquences apparaissent : particules de gel dans un revêtement, particules de pigment non dispersées dans une encre, ou différence de teinte entre le premier et le dernier tambour rempli à partir du même lot.

Pourquoi une vitesse de rotation plus élevée ne résout pas le problème

Face à une hétérogénéité de production, le premier réflexe est d'allonger ou d'accélérer le processus. Or, pour le film mural, aucune de ces méthodes n'est efficace, et la raison est d'ordre géométrique plutôt que liée à la puissance.

Un disque dispersant crée un vortex et un fort écoulement radial, mais la vitesse d'écoulement s'annule précisément au niveau de la paroi, celle-ci constituant la condition limite. Accélérer l'écoulement accélère le mouvement de la matière et amincit le film, mais augmente également l'échauffement par cisaillement au sein de la matière et l'entraînement d'air. Par conséquent, le lot devient plus chaud et plus aéré tant que le film est présent.

Le racleur résout le problème en éliminant physiquement le film, au lieu d'essayer de l'atteindre par le flux. La lame balaie la paroi et ramène le film dans la zone où l'élément de mélange agit. C'est pourquoi le racleur est monté sur le bras à basse vitesse : il n'a pas besoin de vitesse, il doit simplement être en contact avec le film à chaque rotation, et c'est le bras à basse vitesse qui balaie toute la circonférence de la cuve.

Où se trouve le racleur dans une vraie machine

Sur un mélangeur à double arbre concentrique, la configuration est claire : un arbre de dispersion intérieur à grande vitesse assure la dispersion, tandis qu’un bras extérieur à basse vitesse supporte le racleur de paroi et gère le brassage du matériau. Les deux arbres fonctionnent indépendamment, ce qui permet au bras à basse vitesse de balayer lentement pendant que le disque intérieur tourne à grande vitesse périphérique.

La gamme PCM publiée illustre la répartition des deux fonctions. La vitesse de mélange est fixe pour chaque modèle et diminue avec la taille de la cuve, tandis que la vitesse de dispersion reste constante. Cette répartition est essentielle : le bras du cadre n’a pas besoin de vitesse pour racler, donc sur une grande cuve, il peut tourner lentement tout en balayant toute la paroi.

Gamme à double arbre concentrique PCM. Le bras du châssis à basse vitesse supporte le racleur de paroi en PTFE ; l’arbre intérieur supporte l’élément dispersant.

Spécifications de la lame : matériau, jeu, usure

Une fois qu'un racleur est intégré au cahier des charges, trois décisions déterminent s'il fonctionnera pendant des années ou s'il deviendra un élément nécessitant une maintenance.

Le matériau de la lame

Le PTFE est la norme car il est chimiquement inerte vis-à-vis de la quasi-totalité des solvants utilisés dans les revêtements, les encres et les mastics, et parce que son faible coefficient de frottement lui permet de glisser sur la paroi de la cuve sans l'abraser. Une lame métallique userait la paroi, et sur une cuve à double enveloppe, la paroi constitue la surface d'échange thermique ; son usure n'est donc pas uniquement d'ordre mécanique. La lame est considérée comme la pièce remplaçable, ce qui est judicieux : elle est peu coûteuse, contrairement à la paroi.

Le dédouanement

La lame doit retirer le film sans exercer de précontrainte contre la paroi. Un jeu trop important entraîne la formation d'une couche stagnante en dessous ; un jeu trop faible provoque l'usure de la lame et de la paroi. De plus, sur une cuve à double enveloppe, le jeu varie avec la température, si bien qu'une lame réglée trop serrée à froid peut se bloquer une fois l'enveloppe chaude. La méthode pratique consiste à régler le jeu à froid, à faire monter la cuve à température de service, puis à vérifier à nouveau.

Le chemin d'usure

Un racleur en contact avec un produit abrasif s'use plus rapidement sur son bord d'attaque et à l'endroit où il rejoint le rayon de la base de la cuve, car c'est là que la géométrie change et que la charge se concentre. Le contrôle de ces deux points permet de faire d'une pièce d'usure un élément planifié plutôt qu'une défaillance se traduisant par une réclamation pour contamination.

• Lame, le PTFE, remplacé à un intervalle d'usure plutôt qu'en cas de défaillance
• Bras, en acier inoxydable, portant la lame et réglant son angle
• Autorisation, réglé à froid, vérifié à chaud, enregistré comme valeur de mise en service
• Points d'inspection, transition du bord d'attaque et du rayon de base

Qu’est-ce qui change lorsque le récipient est à double enveloppe ou sous vide ?

Deux options courantes permettent de modifier la fonction du racleur sans en changer la conception.

Une cuve à double enveloppe crée une différence de température à travers sa paroi. Le film de revêtement, au contact direct de la surface d'échange thermique, est le matériau le plus affecté. Lors d'un refroidissement, ce film peut devenir sensiblement plus visqueux que le matériau environnant. L'épaisseur de la couche que la lame doit soulever s'en trouve accrue, ce qui explique pourquoi un racleur est plus efficace sur une cuve à double enveloppe que sur une cuve sans double enveloppe.

Sous vide, la situation s'inverse de façon intéressante. Le lot est dégazé, et le film stagnant à la paroi est le dernier endroit d'où l'air entraîné s'échappe, car il n'est pas brassé. Le balayage de la paroi maintient ce film en circulation afin qu'il puisse être désaéré avec le reste du lot au lieu de retenir l'air jusqu'à la vidange.

Trois hypothèses à vérifier

• Un temps de traitement plus long compense l'absence de racleur.Non, car le film ne considère pas ce temps supplémentaire comme un temps de mélange. Il le considère comme un temps de contact avec une paroi chaude ou froide, ce qui est différent.
• Qu'un disque de dispersion plus grand atteigne le murUn disque crée un vortex et un écoulement radial, et par définition, les deux s'annulent à la paroi. Rien de ce qui n'est pas en contact avec la paroi ne peut déplacer ce qui s'y trouve.
• Que le grattoir ne convient qu'aux pâtes très épaissesLe seuil utile est atteint lorsque le flux en vrac cesse de remplacer le film pariétal, ce qui se produit bien avant que le produit ne prenne l'aspect d'une pâte.

Le test pratique est simple. Après un lot, examinez la paroi au-dessus du niveau de vidange avant de laver la cuve. Si un film de produit y est présent, cela signifie que le lot a été traité deux fois.

Où ces mélangeurs sont construits

Les bras du châssis, les supports de racleur et les cuves à double enveloppe sont fabriqués et usinés dans la même usine, ce qui explique pourquoi le jeu du racleur peut être réglé par rapport à la cuve réelle plutôt que par rapport à une tolérance de dessin.

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