Mélangeurs statiques : sélection et dimensionnement pour les applications de colles et mastics
Le mélangeur statique est, dans les applications avec des colles et mastics bi-composant, un élément central de la chaîne de process du système de dosage. Dans de nombreux cas, l'extrémité du mélangeur statique sert directement de buse : le mélangeur est donc souvent le dernier maillon avant l'application. Même si le système de dosage et le rapport de mélange fonctionnent parfaitement, c'est la qualité du mélange qui décide du résultat au point de collage. En pratique, l'importance de la sélection et du dimensionnement du mélangeur est toutefois souvent sous-estimée.
Cet article explique quels facteurs sont réellement décisifs pour la sélection et le dimensionnement des mélangeurs statiques pour systèmes de dosage, et pourquoi un mauvais mélangeur peut conduire à des résultats défectueux malgré un rapport de mélange correct.
Illustration : aperçu de différents mélangeurs statiques
L'illustration montre différents mélangeurs statiques, des mélangeurs jetables en plastique de géométries variées jusqu'aux éléments mélangeurs individuels. Selon l'application, le rapport de mélange et la viscosité, différentes formes et différents nombres d'éléments sont utilisés.
Rôle du mélangeur statique
Le mélangeur statique a une mission clairement définie : il doit mélanger les deux composants d'une colle ou d'un mastic bi-composant de manière à obtenir une structure de matière homogène et uniformément mélangée. Ce n'est qu'ainsi que la réaction chimique entre la résine et le durcisseur peut se dérouler de manière complète et uniforme.
En pratique, une matière mal mélangée se manifeste par :
- un durcissement irrégulier
- des stries ou des zones molles dans la colle
- une résistance mécanique réduite
- une fonction d'étanchéité insuffisante
Ces effets n'apparaissent souvent qu'après l'application et ne peuvent alors que difficilement être attribués de manière univoque à la qualité du mélange.
Mélangeurs de cartouche et mélangeurs machine : une différence importante
Avant d'aborder la sélection proprement dite du mélangeur, une distinction fondamentale s'impose :
Les mélangeurs de cartouche sont utilisés avec des cartouches bi-composant et des pistolets à cartouche. En pratique, ces mélangeurs sont déjà préqualifiés et définis par les fabricants de matières. L'utilisateur reprend la recommandation du fabricant de colle et met en œuvre le mélangeur prévu. Il n'y a en général ici aucun besoin de dimensionnement individuel. Les mélangeurs de cartouche travaillent souvent avec des géométries Quadro.
Les mélangeurs machine sont utilisés sur les systèmes de dosage et fonctionnent sous des pressions nettement plus élevées. Ici, les fabricants de matières imposent rarement des mélangeurs statiques fixes. Le mélangeur doit plutôt être adapté individuellement à l'application concernée, et ce même pour des colles et mastics identiques. En effet, le dimensionnement ne dépend pas seulement de la matière, mais surtout des paramètres de process de l'application concernée.
Cet article traite de la sélection et du dimensionnement des mélangeurs machine sur les systèmes de dosage.
Les facteurs qui déterminent la sélection du mélangeur
Le choix du bon mélangeur statique pour un système de dosage dépend de plusieurs paramètres qui doivent être considérés ensemble. Chacun de ces facteurs peut influencer de manière déterminante le dimensionnement : une simplification générale n'est donc pas possible.
- Rapport de mélange : le rapport de mélange influence le nombre d'éléments mélangeurs nécessaires et la géométrie utilisée. Le dimensionnement n'est pas exigeant uniquement pour des rapports asymétriques comme 10:1 : même pour 1:1, la combinaison de viscosité, de débit et de durée de vie en pot peut exiger un ajustement soigneux du diamètre, de la longueur et du nombre d'éléments. Pourquoi le rapport de mélange réglé ne dit à lui seul encore rien de la qualité réelle du mélange, nous l'expliquons dans notre article Rapport de mélange pour colles et mastics bi-composant.
- Viscosité des composants : la viscosité influence le comportement d'écoulement dans le mélangeur. Les matières hautement visqueuses ne sont pas les seules exigeantes : les matières fluides peuvent, en raison de leurs propriétés d'écoulement, exiger elles aussi un dimensionnement particulier du mélangeur. De grandes différences de viscosité entre le composant A et le composant B imposent des exigences supplémentaires à la géométrie.
- Débit et débit d'écoulement : c'est un facteur particulièrement pertinent en pratique. Une même colle ou un même mastic peut exiger un autre mélangeur sur un système à faible débit que sur un système à débit élevé. Le mélangeur doit être dimensionné de manière à obtenir, au débit d'écoulement prévu, un effet de mélange suffisant sans générer de contre-pression excessive.
- Technique de dosage : la technique de dosage utilisée a elle aussi une influence directe sur le choix du mélangeur. Avec la technique de dosage à engrenages, le flux de matière est plus précis et plus constant, ce qui favorise un mélange plus uniforme. On peut ainsi utiliser des mélangeurs statiques nettement plus courts qu'avec la technique de dosage à pistons, qui génère, de par sa conception, des fluctuations de pression aux points d'inversion et exige donc des longueurs de mélange plus importantes. Nous expliquons en détail les différences entre les deux technologies de dosage dans notre article Technique de dosage à engrenages ou à pistons.
- Géométrie du mélangeur : différentes formes d'éléments mélangeurs, par exemple Helix, Quadro ou structures en grille, produisent des schémas d'écoulement et des contre-pressions différents. Le choix de la géométrie influence directement la qualité du mélange, la perte de charge et le volume mort.
- Durée de vie en pot de la matière : les matières à durée de vie en pot très courte exigent une attention particulière. Même dans des processus de production continus, le mélangeur statique doit être régulièrement rempli à nouveau avant la fin de la durée de vie en pot, afin d'empêcher le durcissement de la matière dans le mélangeur et donc un blocage.
Le mélangeur Helix comme standard sur les systèmes de dosage
Sur les systèmes de dosage, ce sont en pratique surtout des mélangeurs Helix qui sont utilisés. Les mélangeurs Helix fonctionnent avec des éléments hélicoïdaux qui divisent et dévient la matière en alternance. Ils offrent un bon rapport entre qualité du mélange et contre-pression et sont conçus pour les conditions de pression typiques des systèmes de dosage.
Les mélangeurs Quadro et les mélangeurs à grille en X génèrent certes davantage d'étapes de division et de déviation par élément et atteignent ainsi, sur une longueur plus courte, une intensité de mélange plus élevée. Toutefois, du fait de la structure de leurs éléments mélangeurs, ils génèrent une contre-pression nettement plus élevée. Sur les systèmes de dosage, ils ne peuvent donc souvent pas être utilisés. Une exception concerne les matières très peu visqueuses et liquides, pour lesquelles la contre-pression reste dans une plage acceptable malgré la géométrie de mélange intensive.
Pour la plupart des applications de dosage avec des colles et mastics pâteux, le mélangeur Helix est donc le choix approprié.
Le principe : qualité de mélange maximale pour un volume minimal
Un aspect souvent sous-estimé du dimensionnement du mélangeur est le volume mort du mélangeur. En principe, et indépendamment de la durée de vie en pot de la matière, le mélangeur statique doit être choisi de manière à fournir de façon fiable la qualité de mélange requise, tout en ayant un volume aussi faible que possible.
Pourquoi est-ce important ? Entre les applications, le mélangeur statique est purgé avec la matière bi-composant mélangée avant la fin de la durée de vie en pot, puis rempli à nouveau, afin que la réaction recommence à zéro dans le mélangeur. Plus le volume du mélangeur est grand, plus la consommation de matière est élevée à chaque purge. Au total, ces pertes peuvent peser considérablement sur les coûts de matière sur la période d'exploitation.
Le dimensionnement est donc toujours un optimum : suffisamment d'éléments mélangeurs et de diamètre pour un mélange complet, mais pas plus que nécessaire.
Que se passe-t-il lorsque le mélangeur est mal dimensionné
Les erreurs de sélection du mélangeur comptent parmi les sources d'erreur sous-estimées dans les processus de dosage bi-composant. Scénarios typiques :
- Trop peu d'éléments mélangeurs : les composants ne sont pas entièrement mélangés. La réaction chimique se déroule de manière irrégulière, ce qui se manifeste par des stries, des zones molles ou une résistance insuffisante.
- Diamètre de mélangeur trop grand ou trop d'éléments : le volume mort augmente inutilement, ce qui entraîne des pertes de purge plus élevées. En même temps, un diamètre trop grand peut faire que la contre-pression est trop faible, ce qui a également pour conséquence un moins bon mélange.
- Diamètre de mélangeur trop petit : la contre-pression augmente, ce qui peut influencer la précision de dosage et solliciter les pompes.
- Mauvaise géométrie : un mélangeur Quadro ou un mélangeur à grille en X sur un système de dosage avec des matières pâteuses génère trop de contre-pression et peut influencer négativement le processus de dosage.
Tests de mélangeurs et qualification de nouveaux matériaux
En tant que constructeur de machines indépendant et neutre, nous travaillons avec des fabricants de matières de premier plan afin de réaliser, sur nos systèmes de dosage bi-composant, des tests avec des colles et mastics nouvellement développés. L'objectif de ces tests est d'essayer des mélangeurs statiques adaptés et de les qualifier pour l'application concernée.
Ce faisant, nous soutenons tous les fabricants de matières de la même manière, indépendamment de la marque ou du fabricant. Notre priorité est exclusivement la meilleure fiabilité de process possible pour l'utilisateur.
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Nous vous proposons de tester vos nouveaux matériaux sur nos systèmes de dosage et de qualifier ensemble le mélangeur statique adapté. Contactez-nous pour une concertation sans engagement.
Notre recommandation pour le choix du mélangeur sur les systèmes de dosage
Le bon choix du mélangeur ne se fait pas uniquement au moyen de tableaux ou de règles empiriques. Il résulte de l'interaction entre rapport de mélange, viscosité, débit, technique de dosage, durée de vie en pot et type d'application.
D'après notre expérience, les points suivants sont particulièrement importants en pratique :
- chaque application exige une analyse individuelle de tous les facteurs d'influence
- la technique de dosage à engrenages permet des mélangeurs plus courts que la technique de dosage à pistons
- le volume mort doit en principe être maintenu aussi faible que possible
- en cas de débits différents sur un même système, le mélangeur doit convenir à toute la plage de débit
- l'objectif est toujours : atteindre la qualité de mélange requise avec le plus petit volume de mélangeur possible
Catégories de produits adaptées
Tous les mélangeurs statiques en un coup d'œil
STATOMIX série ME (medmix)
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Résumé
Le mélangeur statique détermine la qualité du mélange et donc directement les propriétés de l'assemblage collé ou étanche. Sur les systèmes de dosage, contrairement aux applications en cartouche, les fabricants de matières n'imposent en général aucun mélangeur fixe. Le dimensionnement doit être adapté individuellement au rapport de mélange, à la viscosité, au débit, à la technique de dosage et à la durée de vie en pot. Le principe est : autant de puissance de mélange que nécessaire, aussi peu de volume de mélangeur que possible. Un rapport de mélange correct ne garantit à lui seul pas encore un bon résultat : ce n'est qu'en combinaison avec le mélangeur correctement dimensionné que le process bi-composant est entièrement sécurisé. Comment la fiabilité réelle du process peut être encore augmentée par de vraies valeurs de mesure, vous l'apprendrez dans notre article Débitmètres volumétriques pour les applications de dosage bi-composant.
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