Optimizacija procesa termotaljivog ljepila (HMA) s naprednom kontrolom viskoznosti

Tablica sadržaja

• 1. Uvod
• 2. Pregled industrije
• 2.1 Termo-taljiva ljepila HMA
• 2.2 Vrste HMA
• 2.3 Postupak proizvodnje termotaljivog ljepila
• 2.4 Ključni parametri praćenja
• 3. Rheonics Inline viskozimetar
• 3.1 Ugradnja SRV viskozimetra za proces proizvodnje HMA-a
• 3.2 Prednosti linijskog praćenja viskoznosti
• 4. Reference

Termoljepila (HMA) su složene formulacije polimera, smola, voskova i aditiva koji im daju jedinstvena svojstva. Kupci se oslanjaju na ljepilo da će dosljedno funkcionirati u njihovim primjenama, poput pakiranja, uvezivanja knjiga, sastavljanja proizvoda itd. Stoga je način praćenja njegovog sastava u proizvodnom procesu ključan za osiguranje kvalitete. Viskoznost je ključni parametar za praćenje proizvodnje HMA iz mnoštva razloga, utječući na sve, od kvalitete sirovine do performansi konačnog proizvoda i učinkovitosti proizvodnje.

Vruće ljepilo (HMA) je vrsta termoplastičnog polimernog ljepila koje je u krutom stanju na sobnoj temperaturi i nanosi se kao rastaljena tekućina zbog zagrijavanja. Zagrijavanje se obično vrši toplinskim pištoljima ili sličnim uređajima, koji pretvaraju kruto stanje ljepila u rastaljeno ili tekuće stanje koje stvara vezu hlađenjem i skrućivanjem. Ovaj mehanizam stvrdnjavanja isključivo gubitkom topline temeljna je karakteristika i primarna prednost HMA-a, jer eliminira korake sušenja ili stvrdnjavanja koji su često potrebni za ljepljive sustave na bazi otapala ili vode [1].

HMA ima ključne karakteristike koje ga čine široko korištenim ljepilom:

• Brza brzina postavljanja: Stvara vezu unutar nekoliko sekundi nakon nanošenja.
• Sastav bez otapala: Smanjuje ili eliminira emisije hlapljivih organskih spojeva (VOC).
• Svestranost u lijepljenju supstrata: porozne (npr. papir, drvo) i neporozne podloge (npr. plastika, metali).
• Dobro za popunjavanje praznina: Minimalno ili bez skupljanja nakon hlađenja
• Dug rok trajanja: U čvrstom stanju, HMA se lako skladišti i transportira uz minimalne zahtjeve za održavanje svojih karakteristika.
• Različite prezentacije: Često se koriste kao ljepilo u stiku, ali su dostupni i kao pelete, čips, jastuci, blokovi i letvice.

 

Vrste vrućih taljivih ljepila (HMA) se pretežno klasificiraju i shvaćaju na temelju svojih primarni bazni polimerTo je zato što osnovni polimer tvori „osnovu“ ljepila i uvelike diktira njegova temeljna svojstva, kao što su čvrstoća, fleksibilnost, prianjanje na različite podloge, toplinska stabilnost (koliko dobro funkcionira na visokim ili niskim temperaturama), kemijska otpornost, viskoznost taline, cijena i otvoreno vrijemeDok su ljepljiva sredstva, voskovi, plastifikatori i drugi aditivi ključni za fino podešavanje specifičnih karakteristika performansi, osnovni polimer pruža inherentne mogućnosti HMA-a.

HMA polimerna baza	Ključne karakteristike	Tipični raspon viskoznosti taline (cP na određenoj temperaturi)	Tipični raspon temperature primjene (°C/°F)	Uobičajene aplikacije
EVA (etilen-vinil acetat)	Niska cijena, svestran, dobro prianjanje na celulozne materijale, brzo se stvrdnjava, općenito jednostavan za obradu	500 - 5,000 cP (tipično, znatno varira)	150-180 ° C / 302-356 ° F	Pakiranje, obrada drveta, uvezivanje knjiga, montaža
PE (polietilen)	Dobro za porozne podloge (kartone), dobra toplinska stabilnost, slab miris, nepropusno za vlagu	1,000 - 3,000 cP	160-190 ° C / 320-374 ° F	Pakiranje (zatvaranje kartona)
APAO (amorfni polialfaolefin)	Visoka otpornost na toplinu, ljepljiv, mekan, fleksibilan, dobra toplinska stabilnost, prianja na teške podloge	500 - 15,000 XNUMX+ cP	160-190 ° C / 320-374 ° F	Higijenski proizvodi, automobilska industrija, tekstil, sastavljanje proizvoda (plastika, pjena)
mPO (metalocenski poliolefin)	Precizna svojstva, smanjena upotreba materijala, dobra toplinska stabilnost, slab miris, minimalno razvlačenje, otpornost na ekstremne temperature, neke vrste nude obnovljivi sadržaj.	500 - 5,000 cP	150-180 ° C / 302-356 ° F	Ambalaža (hrana, od zamrzivača do mikrovalne pećnice), montaža, netkani materijali
PA (poliamid)	Otpornost na visoke temperature, primjena na visokim temperaturama, otpornost na ulje/kemikalije, dobro prianjanje na metale i neke plastike, može biti skupo	2,000 - 10,000+ cP (često i više)	185-215°C+ / 365-419°F+	Automobilska industrija, elektronika, zahtjevna obrada drveta, filteri
PUR (reaktivni poliuretan)	Vrlo jake veze, stvrdnjavanje vlagom (umrežavanje), izvrsna toplinska/kemijska otpornost, fleksibilno, skuplje	2,000 - 60,000 XNUMX+ cP	100-140 ° C / 212-284 ° F	Obrada drveta, građevinarstvo, automobilska industrija, elektronika, uvezivanje knjiga, montaža proizvoda
SBC (stirenski blok kopolimer)	Na bazi gume, dobra fleksibilnost na niskim temperaturama, visoka elastičnost, često se koristi za ljepila osjetljiva na pritisak (PSA)	500 - 50,000 XNUMX+ cP (za PSA)	150-180 ° C / 302-356 ° F	Trake, etikete, higijenski proizvodi, elastični pričvrsni elementi

Proizvodnja HMA-e može varirati ovisno o vrsti željenog ljepila. Slika 3 prikazuje primjer proizvodnog procesa gdje se miješanje ljepila vrši u spremnicima, zatim se rastopljeni materijal pumpa kroz ekstruder s jednim pužem i matricu koja ljepilu daje konačni oblik. HMA se na kraju hladi pomoću vodene kupelji i konačno reže na potrebnu duljinu. Zatim su opisani glavni koraci.

Priprema sirovina

Specifične sirovine pažljivo se odabiru i precizno mjere prema željenoj formulaciji za vruće taljivo ljepilo. Različiti polimeri, sredstva za lijepljenje, voskovi i aditivi, svi u krutom stanju, odabiru se na temelju namjeravane primjene i potrebnih performansi.

Taljenje i miješanje

Čvrste sirovine se zatim prenose u posudu za miješanje ili reaktor s plaštem kako bi se postigla potrebna temperatura taljenja. Alternativno, miješanje se može obaviti u dvopužnim ekstruderima koji će kasnije izvršiti i završnu ekstruziju.

Tijekom procesa miješanja, materijali se zagrijavaju na određenu temperaturu (obično između 100 °C i 235 °C, ovisno o formulaciji). Zagrijavanjem, međumolekularne sile koje drže polimerne lance zajedno slabe, omogućujući materijalu da teče, što rezultira rastaljenim tekućim stanjem, takozvanim ukapljenim materijalom. [3] Iz ovog stanja materijala uzimaju se, procjenjuju i karakteriziraju ključni parametri procesa za osiguranje kvalitete proizvodnje.

Mješalice ili pužne pumpe u ekstruderu osiguravaju temeljito i homogeno miješanje svih komponenti. Ovaj korak taljenja i miješanja ključan je za postizanje konzistentne kvalitete, viskoznosti i funkcionalnosti konačnog proizvoda.

Važno: Vruće taljiva ljepila (HMA) su jedinstvena po tome što su 100% čvrsto i Ne koristite vodu ili otapalo kao nosačTo je velika prednost, jer eliminira korake sušenja ili stvrdnjavanja i smanjuje ekološke probleme povezane s hlapljivim organskim spojevima (VOC). Ovo je termoplastični polimer, što znači da postaju plastični ili savitljivi zagrijavanjem, a skrutnjavaju se hlađenjem.

Napomena: Većina ljepila za vruće taljenje je termoplastika, što znači da postaju tekući kada su vrući, a skrutnu se kada se ohlade. Također su reverzibilni; što znači da će se, ako se dovoljno zagriju, ponovno rastopiti i izgubiti svoju unutarnju čvrstoću.

Kako bi se izbjegao gubitak čvrstoće veze na visokim temperaturama (osim ako se ne namjerava postići reverzibilnost), molekule polimera ljepila moraju biti kemijski umreženi nakon što se stvrdnu. Ovo umrežavanje čini vezu trajnijom i otpornijom na toplinu. Postiže se dodavanjem specifične reaktivne komponente u formulaciju ljepila tijekom miješanja. Vruće taline koje prolaze kroz ovu kemijsku reakciju nakon hlađenja nazivaju se reaktivna ljepila za vruće taljenjePoliuretanske reaktivne (PUR) vruće taline su primjer reaktivnih HMA.

otplinjavanje

U nekim slučajevima, posebno za primjene gdje mjehurići zraka mogu negativno utjecati na performanse, uključen je korak otplinjavanja. To uključuje primjenu vakuuma na rastaljenu smjesu ljepila u posudama kako bi se uklonio zarobljeni zrak ili hlapljive komponente.

Filtracija

Rastaljeno ljepilo može se propustiti kroz sustav filtracije. Time se uklanjaju sve nečistoće, neotopljene čestice ili strane tvari, osiguravajući čistoću i kvalitetu konačnog proizvoda.

Ekstruzija i hlađenje

Rastaljeno ljepilo se zatim ekstrudira kroz matricu u željeni oblik, kao što su peleti, komadići, blokovi, štapići ili listovi. Odmah nakon oblikovanja, vruće taljeno ljepilo se brzo hladi, često pomoću rashladnih traka ili vodenih kupelji. Ovo brzo hlađenje uzrokuje stvrdnjavanje ljepila u čvrsti oblik.

Ambalaža

Nakon što vruće taljivo ljepilo prođe sve provjere kvalitete, pakira se u različite spremnike prikladne za distribuciju i primjenu, kao što su vreće, bačve, patrone ili drugi specijalizirani oblici, ovisno o potrebama krajnjeg korisnika.

Nekoliko svojstava performansi termotaljivih ljepila ključno je za osiguranje glatkih i učinkovitih proizvodnih procesa i postizanje željene kvalitete veze. Ključni parametri u proizvodnji mjere se u tekućem stanju materijala, dok se druga ispitivanja provode s krutim sirovinama i konačnim ljepilom, a nazivaju se parametri kriterija odabira [3].

Temperatura:
Temperatura miješanja ključna je za osiguravanje da se sve komponente tope i homogeno miješaju. Temperatura taljenja je temperatura rastaljenog ljepila neposredno prije ekstruzije ili pakiranja, što utječe na konačnu viskoznost i obradivost.

Viskoznost: Definirana kao otpornost rastaljenog ljepila na tečenje, viskoznost ima presudnu važnost. Ona diktira koliko se lako ljepilo može pumpati i nanositi, njegovu sposobnost vlaženja površine podloge za dobro prianjanje te kontrolu nad veličinom kuglice ili uzorkom prskanja. Viskoznost uvelike ovisi o temperaturi; porast temperature obično dovodi do smanjenja viskoznosti. Nekontrolirana ili viskoznost izvan specifikacija tijekom miješanja i neposredno prije ekstruzije primarni je izvor mnogih problema na proizvodnoj liniji, od nedosljedne primjene do pucanja spoja.

Brzina miješanja/smicanje: Intenzitet miješanja je ključan za homogenost, stoga se mora kontrolirati kako bi se osigurala jednolična disperzija komponenti bez degradacije polimera osjetljivih na smicanje.

Pritisak: Prati se unutar ekstrudera ili posuda za miješanje kako bi se osigurao nesmetan protok i spriječile blokade. Vakuumski tlak je relevantan kada je potreban vakuum.

Kod gotovog proizvoda, nakon ekstruzije, procjenjuju se dodatni parametri, kao što su:

Točka omekšavanja: To je temperatura na kojoj čvrsti HMA počinje omekšavati i teći ili postaje plastičan. Uvelike je određena vrstom osnovnog polimera te količinom i vrstom voska u formulaciji. Točka omekšavanja određuje minimalnu temperaturu nanošenja i utječe na otpornost na toplinu konačnog spojenog spoja.

Otvoreno vrijeme: Ovo se odnosi na maksimalno dopušteno razdoblje nakon što se rastaljeno ljepilo nanese na prvu podlogu, unutar kojeg se druga podloga mora dovesti u kontakt kako bi se stvorila zadovoljavajuća veza [4]. Otvoreno vrijeme mora se pažljivo prilagoditi brzini i mehanici procesa montaže. Ako je prekratko, rezultirat će slabim vlaženjem i slabom vezom. Ako je predugo, brzina proizvodnje može biti ugrožena ili se dijelovi mogu pomaknuti prije nego što se veza stvrdne.

Postavljanje vremena (postavljanje brzine): To je vrijeme potrebno da se HMA dovoljno ohladi i stvrdne kako bi se formirala veza prihvatljive čvrstoće, što omogućuje rukovanje sastavljenim dijelovima ili premještanje u sljedeću fazu proizvodnje. Brzo vrijeme stvrdnjavanja jedna je od glavnih prednosti HMA-a, što doprinosi velikim brzinama proizvodnje.

Stabilnost vremena upotrebe: Ovo svojstvo opisuje sposobnost HMA da zadrži svoje specificirane karakteristike (npr. viskoznost, boju, odsutnost ugljenisanja ili želiranja) kada se drži u rastaljenom stanju unutar spremnika ili rezervoara opreme za nanošenje dulje vrijeme. Loše vrijeme upotrebe dovodi do degradacije ljepila, što može uzrokovati začepljenje mlaznica, neujednačenu kvalitetu nanošenja i povećano održavanje opreme. Antioksidansi se obično uključuju u formulacije HMA kako bi se poboljšala stabilnost vremena upotrebe.

Rheonics SRV je linijski procesni viskozimetar koji mjeri širok raspon viskoznosti i temperature u stvarnom vremenu. Pogodan je za ugradnju u spremnike za miješanje i skladištenje te u cjevovode za kontinuirano mjerenje procesne tekućine. Rheonics SRV je kompatibilan s procesima miješanja velikom brzinom i na njega ne utječe prisutnost mjehurića u tekućini ili vanjske vibracije.

Rheonics Senzori se temelje na patentiranoj tehnologiji uravnoteženog torzijskog rezonatora (BTR), koja omogućuje da sonda bude kompaktna i lagana, a opet robusna za industrijsko okruženje i kompatibilna s primjenama na visokim temperaturama (do 285 °C), vakuumu i visokom tlaku. Rheonics SRV nema pokretnih dijelova, to je hermetički zatvorena sonda izrađena od nehrđajućeg čelika 316L, materijala koji dolazi u kontakt s vodom.

SRV senzor se nudi u različitim varijantama sondi, različitih duljina i procesnih priključaka, što osigurava jednostavnu instalaciju za svaku primjenu. Sve SRV sonde koriste isti senzorski element, što omogućuje jednostavnu skalabilnost u proizvodnim procesima.

Kao što je prethodno objašnjeno, viskoznost je kritični parametar za HMA jer izravno utječe na njihovu obradivost, performanse primjene i u konačnici na konačnu čvrstoću veze. Korištenjem Rheonics SRV linijski viskozimetar, i viskoznost i temperatura mogu se pratiti linijski, posebno se preporučuje tijekom procesa miješanja i ekstruzije, kao što je prikazano na slici 3.t.

Ugradnja u spremnik

Rheonics SRV se može ugraditi u spremnike s dna, zida ili vrha. To ovisi o dizajnu spremnika, tj. veličini, obloženim stijenkama i interferencijama osovina za miješanje itd., te o korisničkim preferencijama poput pristupačnosti, jednostavnosti ugradnje itd.

Za ispravnu ugradnju SRV senzora u spremnik za praćenje proizvodnje HMA-a, treba slijediti sljedeće preporuke:

• Osigurajte da je osjetilni element u kontaktu s rastaljenim materijalom. Za instalacije s vrha spremnika to može zahtijevati korištenje SRV dugog umetanjaKod zidnih i podnih instalacija izbjegavajte mrtve zone koje mogu dovesti do zona stagnacije koje utječu na područje detekcije – vidi sliku 5.
• Pazite da osovine za miješanje unutar spremnika ne oštete SRV sondu.

  

   

Instalacija u liniji

Cjevovodi koji se koriste za transport termotaljivog ljepila od spremnika za miješanje do ekstrudera moraju održavati visoku temperaturu i tlak kako bi se osigurala konstantna svojstva fluida. Da bi se to postiglo, cijevi su obložene i koriste se volumetrijske pumpe poput zupčastih ili klipnih pumpi. Zupčaste pumpe su poželjnije kako bi se osigurao gladak, kontinuiran protok, dok klipne pumpe omogućuju visoki tlak u vodovima, ali proizvode blago pulsirajući protok.

Rheonics SRV je prikladan za instalacije u liniji čak i pri visokim temperaturama i tlakovima. SRV radi sa statičkim i tekućim tekućinama te nema problema s radom pri pulsirajućem protoku. Preporučena ugradnja SRV-a u cjevovode za HMA je u koljenu, sa sondom suprotno od smjera protoka tekućine.

Ugradnja u mali ili obilazni vod

Uobičajeno je koristiti male ili obilazne cijevi spojene na glavne cijevi u proizvodnji termotaljivog ljepila za uzimanje uzoraka i proučavanje reoloških svojstava tekućine. U tim linijama ključno je održavati određeni tlak i temperaturu tekućine.

U ovom scenariju, Rheonics nudi dodatnu opremu kao što su:

1. Protočne ćelije: Pogledajte sve protočne ćelije SRV-a.
2. Komora za grijanje: Rheonics STCM-IFP je linijska komora koja omogućuje kontrolu temperature i dobru temperaturnu izolaciju, održavajući temperaturu fluida dok dolazi.

   

• Povratne informacije i kontrola u stvarnom vremenu:

  Za razliku od offline laboratorijskih testova koji daju rezultate s odgodom, Rheonics linijski SRV viskozimetar daje trenutni, kontinuirani podaciTo omogućuje operaterima da precizno vide kako se viskoznost razvija dok se sirovine dodaju i miješaju. To omogućuje neposredne prilagodbe za obradu parametara poput temperature, brzine miješanja ili čak brzine dodavanja sirovine.

• Jednostavna integracija podataka:

  Rheonics SRV koristi snažnu elektroniku, tzv. SMEOvaj uređaj uzima očitanja sa senzorske sonde i daje izmjerenu viskoznost i temperaturu. Također izvorno pokreće više industrijskih komunikacijskih protokola, kao što su Modbus, Profinet, Ethernet/IP, HARTitd. za integraciju s lokalnim sustavima za nadzor i upravljanje.

• Poboljšana konzistentnost i kvaliteta proizvoda:

  Održavanjem strože kontrole nad viskoznošću tijekom proizvodnje, proizvođači mogu značajno smanjiti varijacije od serije do serijeTo dovodi do konzistentnije kvalitete proizvoda, manjeg broja serija koje ne odgovaraju specifikacijama i u konačnici do zadovoljnijih kupaca.

• Optimizirana proizvodna učinkovitost:

  Rano otkrivanje odstupanja znači da se problemi mogu ispraviti prije nego što se uništi cijela serija, smanjenje otpada skupih sirovina i energije.

  Energetska optimizacija: Poznavanje točne viskoznosti omogućuje optimizaciju unosa energije miješanja i zagrijavanja, što potencijalno dovodi do uštede energije.

• Razumijevanje procesa i rješavanje problema:

  Rheonics SRV pruža sveobuhvatan povijesni zapis viskoznosti i temperature HMA-a. Ovi podaci su neprocjenjivi za optimizaciju procesa, prepoznavanje trendova i brzo dijagnosticiranje uzroka bilo kakvih problema u proizvodnji koji se mogu pojaviti.

• Smanjena ručna intervencija i sigurnost:

  Automatizirano linijsko mjerenje smanjuje potrebu za ručnim uzorkovanjem, što može biti opasno s obzirom na visoke temperature rastaljenih HMA. Također oslobađa radnu snagu za druge zadatke.

[dva]:Svojstva, vrste i primjena ljepila za vruće taljenje

[dva]:Ljepila za topljenje

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

[dva]: Što je termo-taljivo ljepilo (HMA)?