바이오매스 입자성형을 구성하는 주요 물질 형태는 다양한 입자 크기의 입자이며, 압축 공정 중 입자의 충진 특성, 유동 특성 및 압축 특성은 바이오매스의 압축 성형에 큰 영향을 미칩니다.

바이오매스 펠릿 압축 성형은 두 단계로 나뉜다.

1단계, 압축 초기 단계에서는 낮은 압력이 바이오매스 원료에 전달되어 원래 느슨하게 채워진 원료 배열 구조가 변화하기 시작하고 바이오매스의 내부 공극률이 감소합니다.

두 번째 단계에서는 압력이 점차 증가함에 따라 바이오매스 펠릿 기계의 가압 롤러가 압력 작용으로 입자가 큰 원료를 분쇄하여 더 미세한 입자로 변하고, 변형 또는 소성 유동이 발생하여 입자가 공극을 채우기 시작하고 입자가 더욱 치밀해집니다. 지면과 접촉하면서 서로 맞물리게 되고, 형성된 입자 내부에 잔류 응력의 일부가 저장되어 입자 간의 결합력이 더욱 강화됩니다.

성형 입자를 구성하는 원료가 미세할수록 입자 간 충진도가 높아지고 접촉이 더욱 단단해집니다. 입자의 크기가 일정 수준(수백에서 수 미크론)으로 작아지면 성형 입자 내부와 1차 및 2차 입자 사이의 결합력도 변합니다. 이러한 변화가 발생하고, 입자 간의 분자 인력, 정전기 인력, 액상 접착력(모세관력)이 우세해지기 시작합니다.
연구에 따르면 성형 입자의 불투수성과 흡습성은 입자 크기와 밀접한 관련이 있습니다. 입자 크기가 작을수록 비표면적이 넓어져 수분을 흡수하고 다시 수분을 회복하기 쉽습니다. 입자 크기가 작을수록 입자 사이의 공극이 쉽게 채워지고 압축성이 커져 성형 입자 내부의 잔류 내부 응력이 작아져 성형 입자의 친수성이 약해지고 수분 불투수성이 향상됩니다.

식물 재료의 압축 성형 시 입자 변형 및 결합 형태를 연구하기 위해, 입자 기계 엔지니어는 성형 블록 내부 입자에 대한 현미경 관찰 및 입자 2차원 평균 직경 측정을 수행하여 입자 미세 결합 모델을 확립했습니다. 최대 주응력 방향으로는 입자가 주변으로 확장되어 서로 맞물리는 형태로 결합합니다. 최대 주응력 방향으로는 입자가 얇아져 플레이크가 되고, 입자층이 서로 결합하는 형태로 결합합니다.

이 결합 모델에 따르면, 바이오매스 원료의 입자가 부드러울수록 입자의 이차원 평균 직경이 더 쉽게 커지고, 바이오매스가 압축 및 성형되기 더 쉽다고 설명할 수 있습니다. 식물 재료의 수분 함량이 너무 낮으면 입자가 완전히 펴지지 않고 주변 입자가 단단히 결합되지 않아 성형될 수 없습니다. 수분 함량이 너무 높으면 입자가 최대 주응력에 수직인 방향으로 완전히 펴지더라도 입자가 서로 맞물릴 수 있지만, 원료의 많은 수분이 압출되어 입자층 사이에 분포되기 때문에 입자층이 단단히 결합되지 않아 성형될 수 없습니다.

특별히 임명된 엔지니어는 경험 데이터에 따르면 원료의 입자 크기를 다이 직경의 1/3 이내로 제어하는 ​​것이 더 좋으며, 미세 분말 함량은 5%를 넘지 않아야 한다는 결론에 도달했습니다.