Új megoldások inline és gyártási alkalmazásokhoz

A tömítőanyagok és a hőre keményedő ragasztók áramlási jellemzőinek helyes beállítása elengedhetetlen a teljesítményükhöz nagymértékben automatizált, nagy sebességű gyártási környezetben.

A tömítőanyagok és ragasztók automatikus alkalmazása például az autóipari gyártásban megköveteli, hogy kiszámítható, reprodukálható mennyiségeket alkalmazzanak, és megfelelően folyjanak, és a helyükön maradjanak a végső kötési időszakban. A nyomdaiparban a műanyag fóliák laminálását speciális nagysebességű gépeken végzik, amelyek megkövetelik a ragasztó viszkozitásának szoros ellenőrzését. Azok a gyanták, amelyeket szálas textíliákra és szőnyegekre visznek fel kompozit prepregek előállításához, megkövetelik a mátrixgyanta pontos rétegezését.

A tömítőanyagok és ragasztók áramlási jellemzőit hagyományosan reométerrel mérik, egy finom precíziós laboratóriumi műszerrel, amely képzett kezelőt igényel a pontos és következetes eredmények eléréséhez. A reométeres mérések időigényesek, felhasználásukat a gyanta összetevőire korlátozzák a keverés előtt, és lassú kikeményedésű rendszerek esetén röviddel a keverés után. És végül, a laboratóriumban végzett reometriai vizsgálatok eredményei gyakran csak korlátozottan használhatók a gyártásellenőrzésben, mivel a múltba, nem pedig az alkalmazott anyag jelenlegi állapotába engednek betekintést.

A rezgő elemeken alapuló viszkoziméterek életképes alternatívát kínálnak a reometriai mérésekhez. Gyors, következetes leolvasást biztosítanak, és különösen alkalmasak soros telepítésekre. A rezonanciaérzékelők közvetlenül a tömítőanyagokat, ragasztókat vagy más folyadékokat szállító folyamatvonalakba szerelhetők, és felhasználhatók az áramló folyadék jellemzőinek megfigyelésére, vagy csatlakoztathatók olyan vezérlőrendszerekhez, amelyek dinamikusan beállítják a folyadék áramlási jellemzőit. hígítószerek vagy egyéb adalékok. A folyamatviszkozitás ilyen visszacsatolásos szabályozása jól ismert és bevált módszer például a színpontosság fenntartására például a flexibilis és mélynyomó üzemek hosszú, nagy sebességű futásai során. [1]

A ragasztók és tömítőanyagok további kihívást jelentenek a viszkozitásmérés és -szabályozás szempontjából, mivel erősen nem newtoni áramlási jellemzőik vannak. A newtoni folyadék ugyanazt a viszkozitást mutatja, függetlenül attól, hogy mennyi a forgó műszer, például a reométer vagy a viszkoziméter, orsósebessége. A nem newtoni folyadékok nyírási sebességre érzékenyek-mért viszkozitásuk függ a forgó reométer orsósebességétől, vagy a mechanikus rezonátoron alapuló eszköz rezgési jellemzőitől.

A nyírástól függő viselkedés elengedhetetlen a legtöbb ragasztó és tömítőanyag számára. Az aljzatra való felhordáskor szabadon kell folyniuk, de a helyükön kell maradniuk, amíg teljesen meg nem szilárdulnak, anélkül, hogy megereszkednének vagy csöpögnének a kötésből. Az ilyen anyagok nemcsak nyírási sebességtől függenek, hanem bizonyos mértékű erőt is igényelhetnek mozgásukhoz. Zavartalanul szilárd testként viselkednek, de ha bizonyos hozam stressz túllépik, folynak, mint a folyadékok. És lehetnek időfüggők, ill tixotróp, nyírás után megmaradó folyadék, és csak bizonyos helyreállítási idő után tér vissza szilárd formájába.

A reométerek (és kisebb mértékben a forgó viszkoziméterek) olyan mérések egész sorát képesek megadni, amelyek teljesen jellemzik még a komplex, nem newtoni folyadékok viselkedését is laboratóriumi környezetben. A reometriai adatok értelmezése ezen összetett anyagok valós viselkedésének előrejelzésére kihívást jelent, és gyakran nem alkalmazható az ipari folyamatokra. Másrészt rezgő elemekre támaszkodó érzékelők generálnak egypontos mérések; látszólagos viszkozitást olvasnak egyetlen nyírási sebességnél, ami gyakran lényegesen magasabb, mint a forgó műszerekben használt nyírási sebesség. Emiatt a rezonanciás viszkoziméterekkel végzett, nem newtoni folyadékokon végzett mérések általában nem egyeznek meg a forgó műszerek méréseivel. Annak ellenére, hogy a két típusú műszer közötti viszkozitások közötti különbség eltér, a vibrációs viszkoziméterek értékesnek bizonyultak az erősen nem newtoni folyadékok viszkozitásának megfigyelésében és szabályozásában.

Két olyan alkalmazási terület létezik, ahol a rezgéses viszkoziméterek kényelme és robusztussága ideálissá teszi őket a ragasztók és tömítőanyagok felügyeletéhez és ellenőrzéséhez. Az első az applikátorok inline viszkozitásának ellenőrzése. A második a kötegelt műveletek gyógyítás-ellenőrzése, amelyben kritikus annak észlelése, hogy egy vegyes anyagköteg mikor éri el a fazékidejét.

Belső viszkozitás -ellenőrzés az applikátorok számára

A tömítőanyagoknak szabadon kell folyniuk a felhordási folyamat során, de nem szabad kifolyniuk vagy megereszkedniük az alkalmazás után, mielőtt teljesen kikeményednének. Ez megköveteli, hogy az anyag tényleges viszkozitásának erősen nyírástól függőnek kell lennie, alacsony viszkozitással kell rendelkeznie az applikátort kiszolgáló vonalakon és magában az applikátor fúvókában előforduló nagy nyírási sebességek mellett, és nagy viszkozitással, vagy akár folyáshatárral az adagolás után .

Annak ellenére, hogy a ragasztók és tömítőanyagok áramlási jellemzői fontosak, különösen nagy sebességű automatikus adagolás és alkalmazás esetén, kevés vagy egyáltalán nem áll rendelkezésre információ a ragasztó- és tömítőanyag-konzisztencia monitorozására vagy szabályozására szolgáló inline műszerezésről.

Rheonics SRV inline viszkozitásmérőket telepített egy nagysebességű lamináló présbe, amelyben a viszkozitásszabályozás elengedhetetlen. A prés kezelője kipróbálta a forgó viszkozitásmérőket a ragasztó viszkozitásának ellenőrzésére, de a forgó alkatrészek megszáradt ragasztóval való elszennyeződése miatt használatuk nem volt praktikus. Jelenleg efflux poharakat használnak a viszkozitás ellenőrzésére, de ezek rendkívül pontatlanok, és nem biztosítanak valóban inline mérést. Használatuk időigényes, ami miatt a gyakori mérés nem praktikus, és ezért a viszkozitásban, és ezáltal a lamináló ragasztó áramlási jellemzőiben a kívánatosnál nagyobb ingadozásokat tesz lehetővé. A problémát súlyosbítja a nagysebességű lamináló gépek, mivel a felhordó henger jellemzően egy nyitott ragasztóváluban fut, amelyből az oldószer folyamatosan párolog, ahogy az a következő ábrán is látható:

 

Akárcsak a flexográfiai és rotációs mélynyomású gépekben használt nyomdafestékek esetében, ez a fokozatos elpárolgás fokozatosan növeli a közeg viszkozitását, ezért rendszeres oldószeres adagolást igényel a közeg közel állandó viszkozitású stabilizálása érdekében, biztosítva a megfelelő alkalmazást hosszú, nagy sebességű futások során.

A vibrációs viszkozitásérzékelők rezonátorokkal rendelkeznek, amelyek jellemzően több száz hertz, legfeljebb tíz kilokártya frekvencián működnek, az adott működési elvtől függően. Bár a tényleges nyírási sebességet nem lehet meghatározni, a nyírási sebességek tartománya magas, egyenlő vagy meghaladja az adagolóberendezésben található értékeket. Emiatt a vibrációs viszkozitás -érzékelők hasznosak a ragasztó állagának és az adagolási művelet során kifejtett hatásának ellenőrzésére.

A vibrációs viszkoziméterek a folyadékba merített mechanikus rezonátorban kiváltott rezgés csillapításának mérésével működnek. A vibrációs viszkoziméterekben használt rezonátorok két általános kategóriába sorolhatók: a keresztirányban rezgő rezonátorokra, mint például a hangvillák és a konzolos gerendák, valamint a torziósan rezgő rezonátorokra. A torziós rezonátorok különösen előnyösek a tömítő- és ragasztóanyagoknál gyakran előforduló magasabb viszkozitás mérésére, mivel a keresztirányú rezgéseket a nagy viszkozitású folyadékok erősebben csillapítják. A torziós rezonátorok általában kevésbé érzékenyek a csövek és más edények falához való közelségükre, ami rugalmasabbá teszi a telepítési lehetőségeket. Amikor a viszkozitásokat egy alkalmazási rendszerrel összhangban kell mérni, a mechanikai tömörség előnyös lehet, mivel az áramlási vezetékek gyakran kis átmérőjűek, és viszonylag kis áramlási sebességgel rendelkeznek más eljárási alkalmazásokhoz képest. Mivel a rezgésérzékelők hajlamosak olyan reakcióerőket kifejteni a rögzítésükben, amelyek befolyásolhatják az érzékenységüket, a rezgésileg kiegyensúlyozott érzékelők különösen mentesek a kiegyensúlyozatlan rezonátorokat érintő környezeti hatásoktól. Rheonics Az SRV inline viszkoziméter ezen a szabadalmaztatott torziós kiegyensúlyozott rezonátoron alapul. [2]

A kikeményedés fokának ellenőrzése szakaszos keverékű ragasztókban

A ragasztó másik fontos területe a ragasztók és gyanták kikeményedési fokának ellenőrzése. Ez fontos a ragasztóalkalmazásoknál annak meghatározásához, hogy egy adott anyagtétel elérte -e a szükséges mechanikai tulajdonságokat, ahelyett, hogy csak a gyártók specifikációira és a folyamatparaméterek beállítására támaszkodna. Az öntési műveletek során fontos annak meghatározása, hogy mikor biztonságos a formázás megszilárdult része, és a kompozitgyártásnál annak meghatározása, hogy a laminált rész teljesen kikeményedett-e.

Számos módszert publikáltak a kikeményedés mértékének ellenőrzésére, de a legtöbb a közvetett mérésekre támaszkodik, például az elektromos vagy optikai jellemzőkre, nem pedig a mechanikai tulajdonságok közvetlen mérésére. Kísérleti ultrahang -módszerek állnak rendelkezésre, de ezek általában nagyon kis mintákra korlátozódnak szorosan ellenőrzött körülmények között, mivel az ultrahanghullámok csillapítása meglehetősen nagy lehet a kikeményedési folyamatok során [3]. Ezenkívül az ultrahangos méréseket általában a megahertzes frekvenciatartományban végzik, ami a nem newtoni anyagok esetében nem feltétlenül tükrözi viselkedésüket a valós alkalmazásokban tapasztaltakhoz közelebb eső feszültségi sebességnél.

Egy készülék, a Rheonics A CureTrack™-et jelenleg teszteli Rheonics GmbH. Előrekevert ragasztók és tömítőanyagok kötegeiben gélesedést jelez előre. Az alábbi 2. ábra egy CureTrack műszert mutat be, annak laboratóriumi kísérletben történő felhasználásával.

 

A CureTrack eszköz a Rheonics SRV viszkozitásérzékelő Luer kúpos hegyével, amely lehetővé teszi a hagyományos eldobható adagolótű csatlakoztatását az érzékeny elem meghosszabbításához. Az eldobható hosszabbító használatával magát az érzékelőt nem éri a ragasztó; a tű egyszerűen levehető, és a gélesedett vagy megkeményedett anyaggal együtt eldobható.

A CureTrack két számot ad ki: a csillapítást és a műszer rezonátorának frekvenciáját. A csillapítás az anyag viszkozitásától, míg a frekvencia a merevségétől függ. A CureTrack kimenete ezért pillanatképet ad az anyag viszkoelasztikus viselkedéséről a gélesedési és kikeményedési folyamatai során.

Ábra. A 3. és 4. ábra a CureTrack által rögzített két különböző epoxi rendszer kikeményedési görbéit mutatja. Az első egy fogyasztói epoxi ragasztó, tiol alapú keményítővel, a Pacer Technology PT39 Z-Poxy 30 perces epoxival. Ezt 30 perces kikeményedési idővel határozzák meg, és általában a modellépítés hobbiboltjaiban értékesítik. A második az Axson Epolam 2017 gyanta Epolam 2018 keményítővel, ami egy amin keményítő rendszer, amelyet nedves rétegű laminált kompozitokhoz használnak. A névleges gélesedési idő 6 óra 100: 30 gyanta/keményítő tömegarány mellett 23 ° C -on egy laminálási eljárásban, amelyben a nagy felület korlátozza az exoterm felmelegedést és a kikeményedési folyamat felgyorsulását

 

 

A közelgő gélesedés fő mutatója ezért a jelzett viszkozitás gyors emelkedése, majd az érzékelő rezonátorának rezonanciafrekvenciájának növekedése.

Ezek a görbék két különböző folyamatot és három régiót mutatnak.

A folyamatok gélesednek és gyógyulnak. A gélesedés az a folyamat, amelyet növekvő csillapítás és növekvő frekvencia jellemez, ami a gyanta viszkozitásának és merevségének növekedését tükrözi. Az anyag folyadékból zselés állapotba kerül. A kikeményedés, amelyet a csillapítás csökkenése és a merevség növelése jellemez, a gélesedést követő folyamat, amely az anyagot egy nagyon viszkózus, ragadós masszából merev szilárd anyaggá alakítja át. Ezek a folyamatok három olyan állapotot is meghatároznak, amelyeken az anyag áthalad a gélesedés és a kikeményedés során:

1. Folyékony terület, ahol az anyag merevsége nagyon alacsony, ami a CureTrack rezonátorának alacsony és viszonylag állandó frekvenciáján tükröződik. Ezen a területen a viszkozitás is viszonylag alacsony, amit a csillapítás alacsony értéke jelez.
2. Gélesített régió, amelyben az anyag merevsége és csillapítása egyaránt gyorsan növekszik. Az anyag ezen a területen ragadós - nagy viszkozitással rendelkezik, amely eléri a maximumot, jelezve a gélesedési folyamat csúcsát a megszilárdulás előtt. Az anyag egyre merevebb, és gumiszerű masszát képez a végső kikeményedés előtt.
3. Szilárd régió. A csillapítás ismét alacsony és viszonylag állandó értékre csökkent. A rezonátor most elsősorban az anyag rugalmas nyírását eredményezi, a viszkózus erők hatására kis eloszlású.

A két görbehalmaz illusztrálja a CureTrack azon képességét, hogy érzékelje a gélesedési folyamat kezdetét, valamint mennyiségi adatokat szolgáltat, amelyek lehetővé teszik a teljes kikeményedési folyamat nyomon követését.

Shimkin [4] közzétett egy kiváló cikket, amely áttekinti a ragasztókeményedés monitorozásának állapotát. Arra a következtetésre jut, hogy bár a gélesedési idő nyomon követésére számos módszer áll rendelkezésre, hiányzik mind a kereskedelmi műszerbázis, mind a szabványok általános hiánya, és ezért a különböző mérési módszerek egyetértése.

A Shimkin által tárgyalt módszerek többsége közvetett, például a dielektromos elemzés, mivel a gyantarendszer olyan tulajdonságát mérik, amely összefügg a mechanikai tulajdonságaival, de nem közvetlenül méri azokat a tulajdonságokat, amelyek funkcionálisan fontosak a gyanta alkalmazásakor rendszer. Ebben az értelemben minden olyan mérési technológia, amely közvetlenül mér olyan tulajdonságokat, mint a gélesedés és megszilárdulás, azonnali, közvetlen visszajelzést ad a gyanta állapotáról.

A CureTrack technológia alkalmazása

A gyantarendszer mechanikai tulajdonságainak közvetlen mérése mind a laboratóriumban, mind a gyárban alkalmazható, ahol a gyantákat gyártási környezetben keverik, alkalmazzák és kikeményítik.

A laboratóriumban egy robosztus mechanikai elemző eszköz, például a CureTrack technológia egyaránt használható kutatás -fejlesztésre és minőség -ellenőrzésre. A K + F laborban új gyanták és készítmények kikeményedési tulajdonságainak elemzésére használható. Egyszerűsége, valamint az olcsó és eldobható érzékelőelemek használata lehetővé teszi nagyszámú minta gazdaságos elemzését anélkül, hogy veszélyeztetné a drága érzékelőket, vagy megkövetelné a nehezen eltávolítható maradványok kiterjedt és időigényes tisztítását. Minőségellenőrzési célokból a kevert gyanta minták laboratóriumban ellenőrizhetők időigényes előkészítés vagy tisztítás nélkül.

Hasonlóképpen, a minőségbiztosítás érdekében a technológia robusztussága a vegyes gyártási tételek figyelését áthelyezheti a gyári padlóra, ahelyett, hogy laboratóriumi elemzés céljából mintát kellene venni. Az olyan műszereket, mint a CureTrack, közvetlenül be lehet helyezni egy gyantás vödörbe, hogy figyelemmel kísérhessék annak állapotát a gyártás előrehaladtával, és figyelmeztető riasztást adhassanak ki, amikor a gélesedés közeleg, és a maradék anyagot el kell dobni, mielőtt megszilárdul.

A technológia jövőbeni fejlesztése a gélesedés monitorozására is összpontosít a tényleges termelési forgatókönyvekben. Például a szonda hegyét érintkezésbe lehet hozni egy gyantával átitatott réteg felületével, hogy figyelemmel kísérhessük a mátrixanyag állapotát. Vagy a szonda hegye vezérelt mélységbe illeszthető egy öntött öntött alkatrészben, és eltávolítható a gélesedés beálltával.

Mivel a hőmérséklet elengedhetetlen tényező a kikeményedési sebességek meghatározásában, a CureTrack tartalmaz egy hőmérséklet -érzékelőt, amely méri a hőmérsékletet a szonda csúcsán. Pontosan meg tudja mérni a hőmérsékletet, ahol a gélesedést és a kikeményedést mérik, lehetővé téve mind a gyanta hőmérsékletének figyelését, mind a hőtermelés követését a kikeményedési folyamat során.

Referenciák

1. Az inline viszkozimetria nyomtatási alkalmazásokhoz való felhasználásával kapcsolatos információk linkjei megtalálhatók https://rheonics.com/solutions/
2. https://rheonics.com/products/inline-viscometer-srv/
3. Anyagok 2013, 6, 3783-3804; doi: 10.3390/ma6093783 anyagok ISSN 1996-1944 www.mdpi.com/journal/materials Review A hőre keményedő gyanták kikeményedési állapotának monitorozása ultrahanggal Francesca Lionetto és Alfonso Maffezzoli
4. ISSN 1070-3632, Russian Journal of General Chemistry, 2016. évf. 86., 6. szám, 1488–1493. Pleiades Publishing, Ltd., 2016. Eredeti orosz szöveg AA Shimkin, 2014, megjelent Rossiiskii Khimicheskii Zhurnal, 2014, Vol. 58., 3–4. Sz., 55–61.