Olvadóragasztó (HMA) folyamatok optimalizálása fejlett viszkozitásszabályozással

• 1. Bevezetés
• 2. Iparági áttekintés
• 2.1 HMA olvadóragasztók
• 2.2 HMA típusok
• 2.3 Olvadóragasztó gyártási folyamata
• 2.4 Főbb monitorozási paraméterek
• 3. Rheonics Inline viszkoziméter
• 3.1 SRV viszkoziméter telepítése a HMA gyártási folyamatához
• 3.2 A soron belüli viszkozitás-monitorozás előnyei
• 4. Referenciák

Az olvadóragasztók (HMA) polimerek, gyanták, viaszok és adalékanyagok komplex összetételei, amelyek egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ügyfelek a ragasztók következetes teljesítményére támaszkodnak az alkalmazásukban, például a csomagolásban, könyvkötésben, termékösszeszerelésben stb. Ezért a minőségbiztosítás szempontjából alapvető fontosságú az összetétel gyártásközi ellenőrzése. A viszkozitás számos okból kulcsfontosságú paraméter a HMA-gyártás ellenőrzésében, amely mindent befolyásol a nyersanyag minőségétől kezdve a végtermék teljesítményén át a termelési hatékonyságig.

Az olvadékragasztó (HMA) vagy „forró ragasztó” egyfajta hőre lágyuló polimer ragasztó, amely szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú, és melegítés hatására olvadt folyadékként vihető fel. A melegítést általában hőpisztolyokkal vagy hasonló eszközökkel végzik, ezek a ragasztó szilárd halmazállapotát olvadt vagy folyékony halmazállapotúvá alakítják, amely hűlés és megszilárdulás útján kötést hoz létre. Ez a pusztán hőveszteség általi kötési mechanizmus a HMA-k alapvető jellemzője és elsődleges előnye, mivel kiküszöböli az oldószeres vagy vízbázisú ragasztórendszerek által gyakran megkövetelt szárítási vagy kikeményítési lépéseket [1].

A HMA olyan kulcsfontosságú tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek széles körben használt ragasztóvá teszik:

• Gyors kötési sebesség: Másodperceken belül kötést hoz létre a felvitel után.
• Oldószermentes összetétel: Csökkenti vagy megszünteti az illékony szerves vegyületek (VOC) kibocsátását.
• Sokoldalúság az aljzat ragasztásában: porózus (pl. papír, fa) és nem porózus felületeken (pl. műanyagok, fémek).
• Jól használható rés kitöltésére: Minimális vagy semmilyen zsugorodás lehűlés után
• Hosszú eltarthatóság: Szilárd állapotukban a HMA-k könnyen tárolhatók és szállíthatók, minimális követelményeket támasztanak tulajdonságaik megőrzése érdekében.
• Különböző prezentációk: Általában ragasztóstiftként használják, de kapható pellet, forgács, párna, tömb és léc formájában is.

A melegen olvadó ragasztók (HMA-k) típusait elsősorban a tulajdonságaik alapján osztályozzák és értelmezik. elsődleges bázispolimerEz azért van, mert az alappolimer alkotja a ragasztó „gerincét”, és nagymértékben meghatározza alapvető tulajdonságait, például szilárdság, rugalmasság, tapadás különböző felületekhez, hőstabilitás (mennyire jól teljesít magas vagy alacsony hőmérsékleten), vegyi ellenállás, olvadékviszkozitás, költség és nyitott időMíg a ragasztószerek, viaszok, lágyítók és egyéb adalékanyagok kulcsfontosságúak a specifikus teljesítményjellemzők finomhangolásához, az alappolimer biztosítja a HMA inherens képességeit.

A HMA gyártása a kívánt ragasztó típusától függően változhat. A 3. ábra egy olyan gyártási folyamatot mutat be, ahol a ragasztókeverés tartályokban történik, majd az olvadt anyagot egycsigás extruderen és egy szerszámon keresztül pumpálják, amely megadja a ragasztó végső alakját. A HMA-t végül vízfürdőben lehűtik, majd a kívánt hosszúságúra vágják. Ezután a főbb lépéseket ismertetjük.

Nyersanyag előkészítés

A specifikus nyersanyagokat gondosan válogatják ki és pontosan mérik ki a kívánt összetételnek megfelelően az olvadékragasztóhoz. A különböző polimereket, ragasztószereket, viaszokat és adalékanyagokat, amelyek mind szilárd állapotban vannak, a kívánt alkalmazás és a szükséges teljesítményjellemzők alapján választják ki.

Olvadás és keverés

A szilárd alapanyagokat ezután egy keverőtartályba vagy köpennyel ellátott reaktorba helyezik át a kívánt olvadási hőmérséklet elérése érdekében. Alternatív megoldásként a keverés kétcsigás extruderekben is történhet, amelyek később a végső extrudálást is elvégzik.

A keverési folyamat során az anyagokat egy meghatározott hőmérsékletre melegítik (jellemzően 100°C és 235°C között, a készítménytől függően). Melegítés hatására a polimer láncokat összetartó molekulák közötti erők gyengülnek, lehetővé téve az anyag áramlását, ami olvadt, folyékony állapotot, úgynevezett cseppfolyósított anyagot eredményez. [3] Ebből az anyagállapotból veszik, értékelik és jellemzik a kulcsfontosságú folyamatparamétereket a gyártási minőség biztosítása érdekében.

Az extruderben lévő keverők vagy csigák biztosítják az összes komponens alapos és homogén keverését. Ez az olvasztási és keverési lépés kritikus fontosságú a végtermék állandó minőségének, viszkozitásának és funkcionalitásának eléréséhez.

Fontos: A hőre olvadó ragasztók (HMA-k) egyedülállóak abban, hogy 100%-ban szilárd és a ne használjon vizet vagy oldószert hordozóanyagkéntEz egy jelentős előny, mivel kiküszöböli a szárítási vagy kikeményítési lépéseket, és csökkenti az illékony szerves vegyületekkel (VOC) kapcsolatos környezeti aggályokat. Ez egy hőre lágyuló polimer, ami azt jelenti, hogy melegítésre képlékenyé vagy alakíthatóvá válnak, hűtésre pedig megszilárdulnak.

Megjegyzés: A legtöbb olvadékragasztó hőre lágyuló, ami azt jelenti, hogy melegen folyékonnyá válnak, lehűlve pedig megszilárdulnak. Emellett visszafordíthatók; ami azt jelenti, hogy ha eléggé újramelegítik, újra megolvadnak és elveszítik belső szilárdságukat.

A kötési szilárdság magas hőmérsékleten történő elvesztésének elkerülése érdekében (kivéve, ha a visszafordíthatóság a cél), a ragasztó polimer molekuláit kémiailag térhálósított miután megkötöttek. Ez a térhálósodás tartósabbá és hőállóbbá teszi a kötést. Hozzáadásával érik el specifikus reaktív komponensek a ragasztókészítménybe keverés közben. Azok a forró olvadékok, amelyek lehűlés után ezen a kémiai reakción mennek keresztül, úgynevezett reaktív olvadékragasztókA poliuretán reaktív (PUR) forró olvadékok a reaktív HMA-k példái.

Gáztaianítási

Bizonyos esetekben, különösen olyan alkalmazásoknál, ahol a légbuborékok negatívan befolyásolhatják a teljesítményt, gáztalanítási lépést is beiktatnak. Ez magában foglalja a tartályokban lévő olvadt ragasztókeverék vákuum alá helyezését a csapdába esett levegő vagy illékony komponensek eltávolítása érdekében.

Szűrés

Az olvadt ragasztó egy szűrőrendszeren keresztülvezethető. Ez eltávolítja a szennyeződéseket, az oldhatatlan részecskéket vagy idegen anyagokat, biztosítva a végtermék tisztaságát és minőségét.

Extrudálás és hűtés

Az olvadt ragasztót ezután egy szerszámon keresztül extrudálják a kívánt formára, például pelletekre, forgácsokra, tömbökre, rudakra vagy lemezekre. A formázás után azonnal az olvadékragasztót gyorsan lehűtik, gyakran hűtőszalagok vagy vízfürdők segítségével. Ez a gyors hűtés a ragasztó szilárd formájába való megszilárdulását okozza.

Csomagolás

Miután a forró olvadékragasztó átment az összes minőségellenőrzésen, a végfelhasználó igényeitől függően különféle, forgalmazásra és alkalmazásra alkalmas tartályokba csomagolják, például zsákokba, hordókba, patronokba vagy más speciális formákba.

A hotmelt ragasztók számos teljesítményjellemzője kritikus fontosságú a zökkenőmentes és hatékony gyártási folyamatok biztosításához, valamint a kívánt kötésminőség eléréséhez. A gyártás során a kulcsfontosságú paramétereket a folyékony anyagállapotban mérik, míg más vizsgálatokat a szilárd alapanyagokkal és a végső ragasztóval végzik, ezeket kiválasztási kritérium paramétereknek nevezik [3].

Hőmérséklet:
A keverési hőmérséklet kulcsfontosságú annak biztosításához, hogy minden komponens homogén módon megolvadjon és elkeveredjen. Az olvadási hőmérséklet az olvadt ragasztó hőmérséklete közvetlenül az extrudálás vagy csomagolás előtt, ez befolyásolja a végső viszkozitást és a bedolgozhatóságot.

Viszkozitás: A viszkozitás, amelyet az olvadt ragasztó folyási ellenállásaként definiálunk, kiemelkedő fontosságú. Ez határozza meg, hogy milyen könnyen pumpálható és felhordható a ragasztó, mennyire képes nedvesíteni az aljzat felületét a jó tapadás érdekében, valamint a gyöngyméret vagy a szórási minta feletti kontrollt. A viszkozitás nagymértékben függ a hőmérséklettől; a hőmérséklet növekedése jellemzően a viszkozitás csökkenéséhez vezet. A keverés során és közvetlenül az extrudálás előtt a szabályozatlan vagy a specifikációtól eltérő viszkozitás számos gyártósori probléma elsődleges forrása, az inkonzisztens felviteltől a kötés meghibásodásáig.

Keverési sebesség/nyírás: A keverés intenzitása kritikus a homogenitás szempontjából, ezért azt szabályozni kell, hogy a komponensek egyenletes diszperzióját biztosítsuk a nyírásra érzékeny polimerek lebontása nélkül.

nyomás: Extruderekben vagy keverőedényekben felügyelik a sima áramlás biztosítása és az eltömődések megelőzése érdekében. A vákuumnyomás akkor fontos, ha vákuumra van szükség.

A végtermékkel az extrudálás után további paramétereket értékelnek, például:

Lágyulási pont: Ez az a hőmérséklet, amelyen a szilárd HMA lágyulni és folyni kezd, vagy képlékenyé válik. Ezt nagymértékben meghatározza az alappolimer típusa, valamint a készítményben lévő viasz mennyisége és típusa. A lágyuláspont irányítja a minimális alkalmazási hőmérsékletet, és befolyásolja a végső ragasztott szerkezet hőállóságát.

Nyitva tartás: Ez az olvadt ragasztó első hordozóra történő felvitele után megengedett maximális időtartamra utal, amelyen belül a második hordozót érintkezésbe kell hozni a megfelelő kötés kialakítása érdekében [4]. A nyitott időt gondosan össze kell hangolni az összeszerelési folyamat sebességével és mechanikájával. Ha túl rövid, gyenge nedvesedést és gyenge kötést eredményez. Ha túl hosszú, a gyártási sebesség rontódhat, vagy az alkatrészek elmozdulhatnak, mielőtt a kötés megkötne.

Idő beállítása (sebesség beállítása): Ez az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a HMA kellően lehűljön és megszilárduljon, hogy elfogadható szilárdságú kötést képezzen, lehetővé téve az összeszerelt alkatrészek kezelését vagy a gyártás következő szakaszába való áthelyezését. A gyors kötési idő a HMA-k egyik fő előnye, amely hozzájárul a magas termelési sebességhez.

Fazékidő stabilitása: Ez a tulajdonság a HMA azon képességét írja le, hogy megőrzi-e meghatározott tulajdonságait (pl. viszkozitás, szín, elszenesedés vagy gélesedés hiánya), amikor olvadt állapotban tartják a felhordó berendezés tartályában vagy tartályában hosszabb ideig. A rövid fazékidő a ragasztó lebomlásához vezet, ami fúvóka eltömődést, egyenetlen felhordási minőséget és fokozott berendezés-karbantartást okozhat. Az antioxidánsokat jellemzően a HMA készítményekbe a fazékidő stabilitásának javítása érdekében adják hozzá.

Rheonics SRV egy sorba épített folyamatviszkoziméter, amely valós időben méri a viszkozitás és a hőmérséklet széles tartományát. Alkalmas keverő- és tárolótartályokba, valamint csővezetékekbe történő beépítésre a folyamatfolyadék folyamatos mérésére. Rheonics Az SRV kompatibilis a nagy sebességű keverési folyamatokkal, és nem befolyásolja a folyadékban lévő buborékok jelenléte vagy a külső rezgések.

Rheonics Az érzékelők a szabadalmaztatott Balanced Torsional Resonator (BTR) technológián alapulnak, amely lehetővé teszi, hogy a szonda kompakt és könnyű legyen, mégis robusztus az ipari környezetben, és kompatibilis legyen a magas hőmérsékletű alkalmazásokkal (akár 285 °C-ig), vákuum- és nagynyomású alkalmazásokkal. Rheonics Az SRV-nek nincsenek mozgó alkatrészei, hermetikusan zárt szonda, amely 316L rozsdamentes acélból, nedvesített anyagból készül.

Az SRV érzékelő különböző szondaváltozatokban kapható, hosszúságban és folyamatcsatlakozásban, ami megkönnyíti a telepítést minden alkalmazáshoz. Minden SRV szonda ugyanazt az érzékelő elemet használja, ami lehetővé teszi a könnyű skálázhatóságot a termelési folyamatokban.

Ahogy korábban említettük, a viszkozitás egy kritikus paraméter a HMA-k esetében, mivel ez közvetlenül befolyásolja feldolgozhatóságukat, alkalmazási teljesítményüket és végső soron a végső kötési szilárdságot. Rheonics Az SRV inline viszkozitásmérővel mind a viszkozitás, mind a hőmérséklet inline módon monitorozható, különösen ajánlott keverési és extrudálási folyamatok során, ahogy a 3.t. ábra mutatja.

Telepítés tartályba

Rheonics Az SRV tartályokba alulról, falról vagy felülről is beépíthető. Ez a tartály kialakításától, azaz méretétől, a burkolt falaktól és a keverőaknák közötti esetleges ütközésektől stb., valamint a felhasználó preferenciáitól, például a hozzáférhetőségtől, a telepítés egyszerűségétől stb. függ.

Az SRV érzékelő tartályba történő megfelelő telepítéséhez a HMA termelésének monitorozásához a következő ajánlást kell követni:

• Győződjön meg arról, hogy az érzékelő elem érintkezik az olvadt anyaggal. A tartály tetejéről történő telepítés esetén ehhez egy hosszú behelyezésű SRVFali és padló alatti telepítések esetén kerülje a holt zónákat, amelyek stagnáló zónákhoz vezethetnek, amelyek befolyásolhatják az érzékelési területet – lásd az 5. ábrát.
• Győződjön meg róla, hogy az SRV szondát nem károsítják a tartályban lévő keverőtengelyek.

  

   

Telepítés a sorban

A ragasztó keverőtartályból az extruderekbe történő szállítására használt vezetékeknek magas hőmérsékletet és nyomást kell fenntartaniuk az állandó folyadéktulajdonságok biztosítása érdekében. Ennek eléréséhez a csöveket köpennyel látják el, és pozitív térfogatkiszorításos szivattyúkat, például fogaskerék- vagy dugattyús szivattyúkat használnak. A fogaskerék-szivattyúk előnyösebbek a sima, folyamatos áramlás biztosítása érdekében, míg a dugattyús szivattyúk nagy nyomást tesznek lehetővé a vezetékekben, de enyhén pulzáló áramlást hoznak létre.

Rheonics Az SRV alkalmas soros telepítésekre még magas hőmérsékleten és nyomáson is. Az SRV statikus és áramló folyadékokkal is működik, és pulzáló áramlás esetén sem okoz működési problémákat. HMA-k esetén az SRV ajánlott csővezetékbe történő telepítése könyökbe, a szondával a folyadék áramlási iránnyal szemben.

Telepítés kis vagy bypass vezetékbe

A forró ragasztók gyártása során gyakori, hogy a fővezetékekhez csatlakoztatott kis vagy megkerülő vezetékeket használnak a minták vételére és a folyadék reológiai tulajdonságainak vizsgálatára. Ezekben a vezetékekben kulcsfontosságú a folyadék bizonyos nyomásának és hőmérsékletének fenntartása.

Ebben az esetben: Rheonics kiegészítőket kínál, mint például:

1. Áramlási cellák: Tekintse meg az összes SRV inline áramlási cellát.
2. Fűtőkamra: Rheonics Az STCM-IFP egy beépített kamra, amely lehetővé teszi a hőmérséklet-szabályozást és a jó hőmérséklet-szigetelést, fenntartva a folyadék hőmérsékletét érkezéskor.

   

• Valós idejű visszajelzés és vezérlés:

  Az offline laboratóriumi tesztekkel ellentétben, amelyek késleltetett eredményeket adnak, Rheonics az inline SRV viszkozitásmérő ad azonnali, folyamatos adatokEz lehetővé teszi a kezelők számára, hogy pontosan lássák, hogyan alakul a viszkozitás a nyersanyagok hozzáadása és keverése során. Ez lehetővé teszi azonnali kiigazítások olyan paraméterek feldolgozásához, mint a hőmérséklet, a keverési sebesség vagy akár a nyersanyag-adagolási sebesség.

• Egyszerű adatintegráció:

  Rheonics Az SRV egy nagy teljesítményű elektronikát használ, az úgynevezett SMEEz az eszköz a szenzor szondájáról veszi a mért értékeket, és kimenetileg adja ki a mért viszkozitást és hőmérsékletet. Emellett natívan futtat több ipari kommunikációs protokollt is, például Modbus, Profinet, Ethernet/IP, HARTstb. a helyi felügyeleti és vezérlőrendszerekkel való integrációhoz.

• Jobb termékminőség és következetesség:

  A viszkozitás szigorúbb ellenőrzésével a gyártás során a gyártók jelentősen javíthatják a termelési hatékonyságot. csökkenteni a tételenkénti eltéréseketEz egyenletesebb termékminőséget, kevesebb nem szabványos tételt és végső soron elégedettebb vásárlókat eredményez.

• Optimalizált termelési hatékonyság:

  Az eltérések korai felismerése azt jelenti, hogy a problémákat még azelőtt ki lehet javítani, hogy egy egész tétel tönkremenne, a hulladék csökkentése drága nyersanyagok és energia miatt.

  Energia optimalizálás: A pontos viszkozitás ismerete lehetővé teszi a keverési energiabevitel és a fűtés optimalizálását, ami potenciálisan energiamegtakarításhoz vezethet.

• Folyamat megértése és hibaelhárítás:

  Rheonics Az SRV biztosítja a átfogó történelmi feljegyzés a HMA-k viszkozitásának és hőmérsékletének mérésére. Ezek az adatok felbecsülhetetlen értékűek a folyamatok optimalizálásához, a trendek azonosításához és a felmerülő termelési problémák kiváltó okának gyors diagnosztizálásához.

• Csökkentett kézi beavatkozás és biztonság:

  Az automatizált, gyártósori mérés csökkenti a manuális mintavétel szükségességét, ami az olvadt HMA-k magas hőmérséklete miatt veszélyes lehet. Emellett munkaerőt is felszabadít más feladatokra.

[1]:Olvadó ragasztók tulajdonságai, típusai és alkalmazásai

[2]:Forró olvadású ragasztók

[3]: https://www.klebstoffe.com/wp-content/uploads/2020/04/TKH_4_englisch.pdf

[4]: Mi az az olvadó ragasztó (HMA)?