1. Was ist Scherung?

In der Mechanik bezeichnet Scherung  eine Kraft, die dazu führt, dass benachbarte Materialschichten relativ zueinander verschoben werden.

Stellen Sie sich vor, Sie legen eine Hand auf ein Kartenspiel und schieben es zur Seite.

Anstatt sich wie ein fester Block zu bewegen, gleitet jede Schicht relativ zur nächsten leicht.

Diese Relativbewegung wird als Scherverformung bezeichnet.

In Pulversystemen entsteht Scherung, wenn sich benachbarte Partikel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder in unterschiedliche Richtungen bewegen und so Reibung und Verschiebung zwischen ihnen entstehen.

2. Was ist Schermischen?

Unter Schermischen versteht man:

Ein Mischmechanismus, der kontrollierte Scherkräfte anwendet, um agglomerierte Partikel zu trennen, einzelne Partikel neu zu verteilen und die mikroskopische Gleichmäßigkeit zu verbessern.

Im Gegensatz zum einfachen Taumel- oder Diffusionsmischen verändert das Schermischen aktiv die Struktur des Pulvers.

Sein Zweck besteht nicht nur darin, Partikel zu bewegen.

Sein Zweck ist:

• Agglomerate brechen;

• Primärpartikel freisetzen;

• Partikelkontakt erhöhen;

• Streuung verbessern;

• Erzielen Sie Mikrogleichmäßigkeit.

3. Mischen und Scheren sind nicht dasselbe

Viele herkömmliche Mischer erfüllen hauptsächlich folgende Aufgaben:

• Konvektionsmischen

• Diffusionsmischung

Diese Mechanismen bewegen Pulver durch das Gefäß.

Bewegung allein ist jedoch keine Garantie dafür, dass Agglomerate aufgebrochen werden.

Zum Beispiel: Stellen Sie sich vor, Sie rühren eine Tasse Kaffee um, in der sich Zuckerstückchen befinden.

Die Flüssigkeit zirkuliert, aber die Zuckerklumpen können intakt bleiben.

Erst wenn der Löffel Kraft aufwendet, um die Klumpen zu zerdrücken, lösen sie sich schnell auf.

Das gleiche Prinzip gilt für die Pulververarbeitung.

Bewegung verteilt Materialien.

Scherung trennt Partikel.

4. Warum brauchen Pulver Scherung?

Viele Pulver bilden auf natürliche Weise Agglomerate aus folgenden Gründen:

• Van-der-Waals-Attraktion

• Elektrostatische Kräfte

• Feuchtigkeitsbedingte Flüssigkeitsbrücken

• Mechanische Verriegelung

• Oberflächenenergie

Diese Kräfte halten die Teilchen zusammen.

Eine einfache Rotation kann sie nicht überwinden.

Nur eine ausreichende Scherenergie kann die angehäuften Partikel allmählich trennen.

5. Was passiert beim Schermischen?

Beim Schermischen laufen mehrere wichtige Prozesse gleichzeitig ab.

Schritt 1 – Agglomeratverformung

Große Partikelcluster beginnen sich unter Scherbeanspruchung zu verformen.

Schwache Verbindungen zwischen den Partikeln beginnen sich zu lösen.

Schritt 2 – Agglomeratbruch

Mit zunehmender Scherung zerfallen die Agglomerate in kleinere Cluster.

Schritt 3 – Primärpartikelfreisetzung

Kleinere Cluster trennen sich weiter, bis einzelne Partikel freigesetzt werden.

Dadurch wird die effektive Oberfläche deutlich vergrößert.

Schritt 4 – Partikelumverteilung

Die freigesetzten Partikel werden durch das Pulversystem transportiert.

Dies verbessert sowohl die Dispersion als auch die Mikrogleichmäßigkeit.

6. Warum ist Scherung für ultrafeine Pulver so wichtig?

Ultrafeine Pulver besitzen:

• Extrem hohe spezifische Oberfläche;

• Hohe Oberflächenenergie;

• Starke Anziehung zwischen den Teilchen.

Mit abnehmender Partikelgröße werden die Kohäsionskräfte viel stärker als das Partikelgewicht.

Folglich verhalten sich ultrafeine Pulver eher als Cluster als als einzelne Partikel.

Ohne Scherung bleiben diese Cluster unabhängig von der Mischzeit intakt.

Eine Verlängerung der Mischzeit allein führt oft kaum zu einer Verbesserung.

Nur eine kontrollierte Scherung kann diese Agglomerate effektiv trennen.

7. Scherung und verschiedene Pulvertypen

Unterschiedliche Materialien erfordern unterschiedliche Schergrade.

7.1 Freifließende Pulver

Beispiele:

• Kristallzucker

• Kunststoffpellets

• Glasperlen

Diese Materialien erfordern relativ wenig Scherung.

Oft reicht eine einfache Diffusionsmischung aus.

7.2 Kohäsive Pulver

Beispiele:

• Pharmazeutische Inhaltsstoffe

• Feine Mineralpulver

• Lebensmittelzusatzstoffe

Zur Verbesserung der Dispersion ist eine mäßige Scherung erforderlich.

7.3 Nanomaterialien

Beispiele:

• Kohlenstoffnanoröhren

• Graphen

• Nano-Silica

• Ruß

Diese Materialien erfordern eine sorgfältig kontrollierte Scherung.

Bei zu geringer Scherung bleiben die Agglomerate intakt.

Zu viel Scherung kann die Partikelmorphologie beschädigen.

7.4 Faserstoffe

Beispiele:

• Kohlenstofffasern

• Glasfasern

• Zellulosefasern

Diese Materialien erfordern eine Scherung, die in der Lage ist, Faserbündel zu öffnen, ohne die Fasern selbst zu brechen.

8. Warum ist mehr Scherung nicht immer besser?

Ein häufiges Missverständnis ist: „Je stärker die Scherung, desto besser die Durchmischung.“

Das ist nicht immer wahr.

Übermäßige Scherung kann Folgendes verursachen:

• Partikelbruch;

• Faserschäden;

• Kristallzerstörung;

• Wärmeerzeugung;

• Erhöhte elektrostatische Aufladung.

In der pharmazeutischen Produktion kann übermäßige Scherung sogar die Partikeleigenschaften verändern und die Produktqualität beeinträchtigen.

Daher legt die moderne Pulvertechnik Wert auf kontrollierte Scherung statt maximale Scherung.

Ziel ist es, genügend Energie aufzubringen, um die Partikel zu dispergieren und gleichzeitig ihre funktionellen Eigenschaften zu bewahren.

9. Scherung und Mikrogleichmäßigkeit

Scherung ist einer der Schlüsselmechanismen zur Erzielung von Mikrogleichmäßigkeit.

Der Zusammenhang lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Agglomerate → Kontrollierte Scherung → Primärpartikel → Dispersion → Mikrogleichmäßige Verteilung → Stabile Produktleistung

Ohne Scherung ist es äußerst schwierig, eine Mikrogleichmäßigkeit zu erreichen.

10. Warum herkömmliche Mischer oft nur eine begrenzte Scherfähigkeit haben

Traditionelle Ausrüstung wie:

• V-Mischer

• Doppelkegelmischer

• Dreidimensionale Mischer

• Zweidimensionale Mischer

basieren hauptsächlich auf der durch die Schwerkraft verursachten Partikelbewegung.

Sie sind hochwirksam für:

• Freifließende Pulver;

• Ähnliche Partikelgrößen;

• Materialien mit geringer Kohäsion.

Allerdings ist ihre Scherintensität im Allgemeinen begrenzt.

Infolgedessen fällt es ihnen möglicherweise schwer:

• Agglomerate brechen;

• Nanopartikel dispergieren;

• Separate Faserbündel;

• Erzielen Sie echte Mikrogleichmäßigkeit.

Für viele fortschrittliche Materialien reicht die Partikelbewegung allein nicht mehr aus.

11. Modernes Pulvermischen wird zur Partikeltechnik

Die Entwicklung der Pulvermischtechnologie kann in drei Phasen betrachtet werden.

Erste Generation

Pulver bewegen.

Zweite Generation

Pulver mischen.

Dritte Generation

Steuern Sie das Partikelverhalten.

Diese neue Generation konzentriert sich auf:

• Kontrollierte Scherung;

• Effiziente Verteilung;

• Partikeldesagglomeration;

• Mikroeinheitlichkeit;

• Langfristige Stabilität gegen Entmischung.

Anstatt einfach zu fragen  : „Wie schnell lassen sich Pulver mischen?“

Ingenieure fragen sich nun  : „Wie effektiv lassen sich Partikelstrukturen kontrollieren?“

12. Fazit

Schermischen ist weit mehr als eine mechanische Aktion.

Dabei handelt es sich um den Prozess, der agglomerierte Pulver in gleichmäßig verteilte Partikelsysteme umwandelt.

Ohne ausreichende Scherung:

• Agglomerate bleiben intakt;

• Die Verteilung ist unvollständig;

• Mikrouniformität kann nicht erreicht werden.

Das Ziel besteht jedoch nicht darin, die größtmögliche Scherung auszuüben.

Das Ziel besteht darin, eine präzise kontrollierte Scherung anzuwenden, die:

• Trennt Partikel effizient;

• Bewahrt die Partikelintegrität;

• Fördert eine gleichmäßige Verteilung;

• Verhindert unnötige Partikelschäden.

Da sich die Pulververarbeitung in Richtung fortschrittlicher Materialien und funktioneller Pulver weiterentwickelt, wird die Schertechnik zu einer der Kerntechnologien, die die Mischqualität bestimmen.