Optimalizace procesů tavných lepidel (HMA) s pokročilou regulací viskozity

Obsah

• 1. Úvod
• 2. Přehled odvětví
• 2.1 Tavná lepidla HMA
• 2.2 Typy HMA
• 2.3 Proces výroby tavného lepidla
• 2.4 Klíčové monitorovací parametry
• 3. Rheonics Inline viskozimetr
• 3.1 Instalace viskozimetru SRV pro proces výroby HMA
• 3.2 Výhody inline monitorování viskozity
• 4. Reference

Tavná lepidla (HMA) jsou komplexní složení polymerů, pryskyřic, vosků a přísad, které jim dodávají jedinečné vlastnosti. Zákazníci se spoléhají na to, že lepidlo bude v jejich aplikacích, jako je balení, vazba knih, montáž výrobků atd., fungovat konzistentně. Způsob, jak sledovat jeho složení přímo v lince, je proto zásadní pro zajištění kvality. Viskozita je klíčovým parametrem pro sledování výroby HMA z mnoha důvodů a ovlivňuje vše od kvality surovin až po výkonnost a efektivitu výroby konečného produktu.

Tavné lepidlo (HMA) nebo „horké lepidlo“ je typ termoplastického polymerního lepidla, které má při pokojové teplotě pevný stav a nanáší se jako roztavená kapalina v důsledku zahřívání. Zahřívání se obvykle provádí pomocí horkovzdušných pistolí nebo podobných zařízení, která transformují lepidlo z pevného stavu na roztavený nebo kapalný, čímž se vytvoří spoj ochlazením a tuhnutím. Tento mechanismus tuhnutí čistě ztrátou tepla je základní charakteristikou a primární výhodou HMA, protože eliminuje kroky sušení nebo vytvrzování, které jsou často vyžadovány u lepidel na bázi rozpouštědel nebo vody [1].

HMA má klíčové vlastnosti, díky kterým je široce používaným lepidlem:

• Rychlá rychlost tuhnutí: Vytvoří vazbu během několika sekund po aplikaci.
• Složení bez rozpouštědel: Snižuje nebo eliminuje emise těkavých organických látek (VOC).
• Všestrannost při lepení substrátu: porézní (např. papír, dřevo) a neporézní podklady (např. plasty, kovy).
• Vhodné pro vyplnění mezer: Minimální nebo žádné smrštění po ochlazení
• Dlouhá životnost: V pevném stavu se HMA snadno skladují a přepravují s minimálními požadavky na zachování svých vlastností.
• Různé prezentace: Běžně se používají jako lepicí tyčinky, ale jsou k dispozici také jako pelety, štěpky, polštáře, bloky a lamely.

 

Typy tavných lepidel (HMA) jsou převážně klasifikovány a chápány na základě jejich primární základní polymerJe to proto, že základní polymer tvoří „páteř“ lepidla a do značné míry určuje jeho základní vlastnosti, jako například pevnost, flexibilita, přilnavost k různým podkladům, tepelná stabilita (jak dobře si vede při vysokých nebo nízkých teplotách), chemická odolnost, viskozita taveniny, cena a doba zavadnutíZatímco lepidla, vosky, změkčovadla a další přísady jsou klíčové pro jemné doladění specifických výkonnostních charakteristik, základní polymer poskytuje inherentní schopnosti HMA.

Polymerní báze HMA	Klíčové vlastnosti	Typický rozsah viskozity taveniny (cP při specifikované teplotě)	Typický teplotní rozsah aplikace (°C/°F)	Běžné aplikace
EVA (etylen-vinylacetát)	Nízká cena, všestranný, dobrá přilnavost k celulózovým materiálům, rychlé tuhnutí, obecně snadné zpracování	500 - 5,000 XNUMX cP (typické, značně se liší)	150-180 ° C / 302-356 ° F	Balení, zpracování dřeva, vazba knih, montáž
PE (polyetylen)	Vhodné pro porézní podklady (kartony), dobrá tepelná stabilita, nízký zápach, bariéra proti vlhkosti	1,000 - 3,000 cP	160-190 ° C / 320-374 ° F	Balení (utěsnění kartonu)
APAO (amorfní polyalfaolefin)	Vysoká tepelná odolnost, lepivý, měkký, pružný, dobrá tepelná stabilita, přilne i k obtížným podkladům	500 - 15,000 XNUMX+ cP	160-190 ° C / 320-374 ° F	Hygienické výrobky, automobilový průmysl, textil, montáž výrobků (plasty, pěna)
mPO (metalocenový polyolefin)	Přesné vlastnosti, snížená spotřeba materiálu, dobrá tepelná stabilita, nízký zápach, minimální tření, odolnost vůči extrémním teplotám, některé druhy nabízejí obnovitelný obsah.	500 - 5,000 cP	150-180 ° C / 302-356 ° F	Balení (potraviny, z mrazničky do mikrovlnné trouby), montáž, netkané textilie
PA (polyamid)	Odolnost vůči vysokým teplotám, aplikace při vysokých teplotách, odolnost vůči olejům/chemikáliím, dobrá přilnavost ke kovům a některým plastům, může být drahé	2,000 10,000 - XNUMX XNUMX+ cP (často i vyšší)	185–215 °C+ / 365–419 °F+	Automobilový průmysl, elektronika, náročné zpracování dřeva, filtry
PUR (reaktivní polyuretan)	Velmi silné vazby, vytvrzování vlhkostí (zesíťování), vynikající tepelná/chemická odolnost, flexibilní, dražší	2,000 - 60,000 XNUMX+ cP	100-140 ° C / 212-284 ° F	Zpracování dřeva, stavebnictví, automobilový průmysl, elektronika, vazba knih, montáž výrobků
SBC (styrenový blokový kopolymer)	Na bázi kaučuku, dobrá flexibilita za nízkých teplot, vysoká tažnost, často používané pro samolepicí lepidla (PSA)	500–50,000 XNUMX+ cP (pro PSA)	150-180 ° C / 302-356 ° F	Pásky, štítky, hygienické potřeby, elastické upevnění

Výroba lepidla HMA se může lišit v závislosti na požadovaném typu lepidla. Obrázek 3 ukazuje příklad výrobního procesu, kde se míchání lepidla provádí v nádržích, poté je roztavený materiál čerpán přes jednošnekový extruder a matrici, která dává lepidlu konečný tvar. HMA se nakonec ochladí ve vodní lázni a nakonec se nařeže na požadovanou délku. Dále jsou popsány hlavní kroky.

Příprava surovin

Konkrétní suroviny jsou pečlivě vybírány a přesně odměřovány podle požadovaného složení tavného lepidla. Různé polymery, lepidla, vosky a přísady, vše v pevném stavu, jsou voleny na základě zamýšlené aplikace a požadovaných výkonnostních charakteristik.

Tavení a míchání

Pevné suroviny se poté přenesou do míchací nádoby nebo reaktoru s pláštěm, aby se dosáhlo požadované teploty tání. Alternativně lze míchání provádět ve dvoušnekových extruderech, které později provedou i finální extruzi.

Během procesu míchání se materiály zahřívají na specifickou teplotu (obvykle mezi 100 °C a 235 °C, v závislosti na složení). Při zahřívání se mezimolekulární síly držící polymerní řetězce pohromadě oslabují, což umožňuje materiálu proudit, což vede k roztavenému tekutému stavu, tzv. zkapalněnému materiálu. [3] Právě z tohoto stavu materiálu se odebírají, vyhodnocují a charakterizují klíčové procesní parametry pro zajištění kvality výroby.

Míchadla neboli šneky v extruderu zajišťují důkladné a homogenní promíchání všech složek. Tento krok tavení a míchání je klíčový pro dosažení konzistentní kvality, viskozity a funkčnosti konečného produktu.

Důležité: Tavná lepidla (HMA) jsou jedinečná v tom, že jsou 100% pevné si Nepoužívejte vodu ani rozpouštědlo jako nosičTo je hlavní výhoda, protože eliminuje kroky sušení nebo vytvrzování a snižuje environmentální problémy spojené s těkavými organickými sloučeninami (VOC). Jedná se o termoplastický polymer, což znamená, že se při zahřívání stává plastickým nebo tvárným a při ochlazování tuhne.

Poznámka: Většina tavných lepidel je termoplast, což znamená, že se za horka stanou tekutými a za ochlazení tuhnou. Jsou také vratné, což znamená, že pokud se dostatečně zahřejí, znovu se roztaví a ztratí svou vnitřní pevnost.

Aby se zabránilo ztrátě pevnosti spoje při vysokých teplotách (pokud není zamýšlena reverzibilita), je třeba polymerní molekuly lepidla chemicky zesítěný po zatvrdnutí. Toto zesíťování činí spoj trvalejším a odolnějším vůči teplu. Dosahuje se toho přidáním specifické reaktivní složky do lepidla během jeho míchání. Tavné materiály, které po ochlazení podléhají této chemické reakci, se nazývají reaktivní tavná lepidlaPříkladem reaktivních polyuretanových tavných lepidel (HMA) jsou tavné lepidla na bázi reaktivního polyuretanu (PUR).

Odplyňování

V některých případech, zejména u aplikací, kde by vzduchové bubliny mohly negativně ovlivnit výkon, se provádí odplyňování. To zahrnuje aplikaci vakua na roztavenou lepicí směs v nádobách, aby se odstranil zachycený vzduch nebo těkavé složky.

filtrace

Roztavené lepidlo může projít filtračním systémem. Tím se odstraní veškeré nečistoty, nerozpuštěné částice nebo cizí látky, což zajišťuje čistotu a kvalitu konečného produktu.

Extruze a chlazení

Roztavené lepidlo se poté vytlačuje přes matrici do požadovaného tvaru, jako jsou pelety, třísky, bloky, tyčinky nebo desky. Ihned po tvarování se tavné lepidlo rychle ochladí, často pomocí chladicích pásů nebo vodních lázní. Toto rychlé ochlazení způsobí, že lepidlo ztuhne do pevné formy.

Obal

Jakmile tavné lepidlo projde všemi kontrolami kvality, je baleno do různých nádob vhodných pro distribuci a aplikaci, jako jsou sáčky, sudy, kartuše nebo jiné specializované formy, v závislosti na potřebách koncového uživatele.

Několik výkonnostních vlastností tavných lepidel je zásadních pro zajištění plynulých a efektivních výrobních procesů a dosažení požadované kvality spoje. Klíčové parametry ve výrobě se měří v zkapalněném stavu materiálu, zatímco další testy se provádějí s pevnými surovinami a finálním lepidlem, které se nazývají parametry výběrových kritérií [3].

Teplota:
Teplota míchání je klíčová pro zajištění homogenního roztavení a smíchání všech složek. Teplota taveniny je teplota roztaveného lepidla těsně před extruzí nebo balením, která ovlivňuje konečnou viskozitu a zpracovatelnost.

Viskozita: Viskozita, definovaná jako odpor roztaveného lepidla vůči toku, má prvořadý význam. Určuje, jak snadno lze lepidlo pumpovat a nanášet, jeho schopnost smáčet povrch substrátu pro dobrou přilnavost a kontrolu nad velikostí housenky nebo rozstřikem. Viskozita je vysoce závislá na teplotě; zvýšení teploty obvykle vede ke snížení viskozity. Nekontrolovaná nebo mimo specifikaci neodpovídající viskozita během míchání a těsně před extruzí je primárním zdrojem mnoha problémů na výrobních linkách, od nekonzistentní aplikace až po selhání spoje.

Rychlost míchání/střih: Intenzita míchání je pro homogenitu zásadní, proto musí být kontrolována, aby se zajistila rovnoměrná disperze složek bez degradace polymerů citlivých na smyk.

tlak: Monitorováno uvnitř extruderů nebo míchacích nádob, aby se zajistil hladký tok a zabránilo se ucpávání. Vakuový tlak je důležitý, když je vakuum vyžadováno.

U konečného produktu se po extruzi vyhodnocují další parametry, jako například:

Bod měknutí: Toto je teplota, při které pevný HMA začíná měknout a tečovat, neboli se stává plastickým. Je do značné míry určena typem základního polymeru a množstvím a typem vosku ve složení. Bod měknutí určuje minimální aplikační teplotu a ovlivňuje tepelnou odolnost konečného lepeného spoje.

Otevírací doba: Toto se vztahuje na maximální povolenou dobu po nanesení roztaveného lepidla na první substrát, během níž musí být druhý substrát uveden do kontaktu, aby se vytvořil uspokojivý spoj [4]. Doba zrání musí být pečlivě přizpůsobena rychlosti a mechanice montážního procesu. Pokud je příliš krátká, dojde ke špatnému smáčení a slabému spoji. Pokud je příliš dlouhá, může být ohrožena rychlost výroby nebo se díly mohou posunout předtím, než spoj ztuhne.

Nastavení času (rychlost nastavení): Toto je doba potřebná k tomu, aby HMA dostatečně vychladla a ztuhla, aby vytvořila spoj s přijatelnou pevností, což umožní manipulaci s montovanými díly nebo jejich přesun do další fáze výroby. Rychlé doby tuhnutí jsou jednou z hlavních výhod HMA a přispívají k vysokým výrobním rychlostem.

Stabilita doby zpracovatelnosti: Tato vlastnost popisuje schopnost HMA zachovat si své specifikované vlastnosti (např. viskozitu, barvu, absenci zuhelnatění nebo želatinizace), pokud je po delší dobu uchováván v roztaveném stavu v nádrži nebo zásobníku aplikačního zařízení. Krátká doba zpracovatelnosti vede k degradaci lepidla, což může způsobit ucpávání trysek, nekonzistentní kvalitu aplikace a zvýšenou údržbu zařízení. Antioxidanty se obvykle přidávají do formulací HMA pro zlepšení stability doby zpracovatelnosti.

Rheonics SRV je inline procesní viskozimetr, který měří široký rozsah viskozity a teploty v reálném čase. Je vhodný pro instalaci do míchacích a skladovacích nádrží a do potrubí pro kontinuální měření procesní kapaliny. Rheonics SRV je kompatibilní s vysokorychlostními míchacími procesy a není ovlivněn přítomností bublin v kapalině ani vnějšími vibracemi.

Rheonics Senzory jsou založeny na patentované technologii vyváženého torzního rezonátoru (BTR), která umožňuje, aby sonda byla kompaktní a lehká, ale zároveň robustní pro průmyslové prostředí a kompatibilní s aplikacemi pro vysoké teploty (až 285 °C), vakuum a vysoký tlak. Rheonics SRV nemá žádné pohyblivé části, je to hermeticky uzavřená sonda vyrobená z nerezové oceli 316L, která je v kontaktu s médiem.

Senzor SRV je nabízen v různých variantách sond, které se liší délkou a procesním připojením, což zajišťuje snadnou instalaci pro každou aplikaci. Všechny sondy SRV používají stejný snímací prvek, což umožňuje snadnou škálovatelnost ve výrobních procesech.

Jak již bylo vysvětleno, viskozita je kritický parametr pro HMA, protože to přímo ovlivňuje jejich zpracovatelnost, aplikační výkon a v konečném důsledku i konečnou pevnost spoje. Použitím Rheonics Inline viskozimetr SRV umožňuje monitorování viskozity i teploty přímo v přístroji, což je zvláště doporučeno během procesů míchání a extruze, jak je znázorněno na obrázku 3.t.

Instalace do nádrže

Rheonics SRV lze instalovat do nádrží ze spodní, stěnové nebo horní části. To závisí na konstrukci nádrže, tj. velikosti, opláštěných stěnách a přesahu míchací šachty atd., a na preferencích uživatele, jako je přístupnost, snadná instalace atd.

Pro správnou instalaci senzoru SRV v nádrži pro monitorování produkce HMA je třeba dodržovat následující doporučení:

• Ujistěte se, že je snímací prvek v kontaktu s roztaveným materiálem. Pro instalace z horní části nádrže může být nutné použití SRV s dlouhým vloženímU instalací na stěnu a dole se vyhněte mrtvým zónám, které mohou vést ke stagnačním zónám ovlivňujícím snímací oblast – viz obrázek 5.
• Ujistěte se, že sonda SRV nebude poškozena směšovacími hřídeli uvnitř nádrže.

  

   

Instalace v řadě

Potrubí používané k přepravě tavného lepidla z míchací nádrže do extruderů musí udržovat vysokou teplotu a tlak, aby se zajistily konstantní vlastnosti kapaliny. K dosažení tohoto cíle jsou potrubí opláštěna a používají se objemová čerpadla, jako jsou zubová nebo pístová čerpadla. Zubová čerpadla jsou upřednostňována pro zajištění plynulého a nepřetržitého průtoku, zatímco pístová čerpadla umožňují vysoký tlak v potrubí, ale vytvářejí mírně pulzující průtok.

Rheonics Ventily SRV jsou vhodné pro instalace přímo v potrubí, a to i při vysokých teplotách a tlacích. SRV pracují se statickými i proudícími kapalinami a nemají žádné provozní problémy s pulzujícím průtokem. Doporučená instalace SRV v potrubích pro HMA je do kolena se sondou proti směru proudění kapaliny.

Instalace v malém nebo obtokovém potrubí

Při výrobě tavných lepidel se běžně používají malá nebo obtoková potrubí připojená k hlavním potrubím pro odběr vzorků a studium reologických vlastností kapaliny. V těchto potrubích je klíčové udržovat určitý tlak a teplotu kapaliny.

V tomto scénáři Rheonics nabízí doplňky jako například:

1. Průtokové cely: Zobrazit všechny průtokové cely SRV inline.
2. Topná komora: Rheonics STCM-IFP je řadová komora, která umožňuje regulaci teploty a dobrou teplotní izolaci, čímž udržuje teplotu přitékající kapaliny.

   

• Zpětná vazba a řízení v reálném čase:

  Na rozdíl od offline laboratorních testů, které poskytují zpožděné výsledky, Rheonics Řadový viskozimetr SRV poskytuje okamžitá, kontinuální dataTo umožňuje obsluze přesně sledovat, jak se viskozita vyvíjí s přidáváním a mícháním surovin. okamžité úpravy zpracovávat parametry, jako je teplota, rychlost míchání nebo dokonce rychlost podávání surovin.

• Snadná integrace dat:

  Rheonics SRV používá výkonnou elektroniku, tzv. SMEToto zařízení snímá hodnoty ze senzorové sondy a na výstupu zobrazuje naměřenou viskozitu a teplotu. Nativně také provozuje několik průmyslových komunikačních protokolů, jako například Modbus, Profinet, Ethernet/IP, HARTatd. pro integraci s lokálními monitorovacími a řídicími systémy.

• Zlepšená konzistence a kvalita produktu:

  Díky přísnější kontrole viskozity během výroby mohou výrobci výrazně snížit odchylky mezi jednotlivými šaržemiTo vede ke konzistentnější kvalitě produktů, menšímu počtu šarží neodpovídajících specifikacím a v konečném důsledku ke spokojenějším zákazníkům.

• Optimalizovaná efektivita výroby:

  Včasné odhalení odchylek znamená, že problémy lze opravit dříve, než bude zničena celá šarže, snižování odpadu drahých surovin a energií.

  Energetická optimalizace: Znalost přesné viskozity umožňuje optimalizovat vstupní energii pro míchání a ohřev, což může vést k úsporám energie.

• Pochopení procesu a řešení problémů:

  Rheonics SRV poskytuje komplexní historický záznam viskozity a teploty HMA. Tato data jsou neocenitelná pro optimalizaci procesů, identifikaci trendů a rychlou diagnostiku hlavní příčiny jakýchkoli výrobních problémů, které mohou nastat.

• Snížení manuálních zásahů a bezpečnost:

  Automatizované měření přímo v potrubí snižuje potřebu ručního odběru vzorků, který může být nebezpečný vzhledem k vysokým teplotám roztavených HMA. Zároveň uvolňuje pracovní sílu pro jiné úkoly.

[třicet]:Vlastnosti, typy a použití tavných lepidel

[třicet]:Horká tavná lepidla

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

[třicet]: Co je tavné lepidlo (HMA)?