バイオマス粒子成形体を構成する主な材料形態は、粒径の異なる粒子であり、圧縮工程における粒子の充填特性、流動特性、圧縮特性がバイオマスの圧縮成形に大きな影響を与えます。

バイオマスペレットの圧縮成形は2段階に分かれています。

第一段階では、圧縮の初期段階で、より低い圧力がバイオマス原料に伝達され、元の緩く詰まった原料の配置構造が変化し始め、バイオマスの内部空隙率が低下します。

第二段階では、圧力が徐々に上昇し、バイオマスペレットマシンの加圧ローラーが圧力作用によって大粒の原料を粉砕し、より細かい粒子へと変化させます。変形または塑性流動が発生し、粒子が空隙を埋め始め、粒子はより緻密になります。地面に接触すると、粒子同士が噛み合い、残留応力の一部が形成された粒子内に蓄えられ、粒子間の結合が強化されます。

成形粒子を構成する原料が細かくなるほど、粒子間の充填度が高くなり、密着性が高まります。粒子の粒子径がある程度小さくなると（数百～数ミクロン）、成形粒子内部の結合力、一次・二次の結合力も変化し、粒子間の分子間引力、静電引力、液相付着力（毛細管力）が優位に働き始めます。
研究によると、成形粒子の不浸透性と吸湿性は粒子の粒子径と密接に関係しています。粒子径が小さい粒子は比表面積が大きく、成形粒子は水分を吸収し、水分を回復しやすいです。粒子径が小さいほど、粒子間の空隙が埋めやすく、圧縮率が大きくなるため、成形粒子内部の残留内部応力が小さくなり、成形粒子の親水性が弱まり、水分の不浸透性が向上します。

植物材料の圧縮成形における粒子の変形と結合形態の研究では、粒子機械エンジニアが成形ブロック内の粒子の顕微鏡観察と粒子二次元平均径測定を行い、粒子の微視的結合モデルを確立しました。最大主応力の方向では、粒子は周囲に広がり、粒子は互いに噛み合う形で結合します。一方、最大主応力に沿う方向では、粒子は薄くなり、薄片状になり、粒子層は互いに結合する形で結合します。

この組み合わせモデルによれば、バイオマス原料の粒子が柔らかいほど、粒子の二次元平均径が大きくなりやすく、バイオマスが圧縮成形されやすいことが説明できる。植物材料中の水分含有量が低すぎると、粒子が十分に伸びきることができず、周囲の粒子と緊密に結合されないため、成形できない。一方、水分含有量が高すぎると、最大主応力に垂直な方向に粒子が十分に伸びきっているものの、粒子同士は噛み合うことができるものの、原料中の多量の水分が粒子層間に押し出されて分配されるため、粒子層が密着できず、成形できない。

経験データによると、特任エンジニアは、原料の粒度をダイの直径の3分の1以内に制御し、微粉末の含有量が5％を超えないようにする方が良いという結論に達しました。