Hat içi ve üretim uygulamaları için yeni cihazlar

Mastiklerin ve ısıyla sertleşen yapıştırıcıların akış özelliklerinin doğru ayarlanması, yüksek düzeyde otomatikleştirilmiş, yüksek hızlı üretim ortamlarındaki performansları için çok önemlidir.

Örneğin otomotiv üretiminde sızdırmazlık ve yapıştırıcıların otomatik olarak uygulanması, öngörülebilir, tekrarlanabilir miktarların uygulanmasını ve bunların düzgün şekilde akmasını ve son sertleşme süresi boyunca yerinde kalmasını gerektirir. Baskı endüstrisinde, plastik filmlerin laminasyonu, yapışkan viskozitesinin yakından kontrolünü gerektiren özel yüksek hızlı makinelerde yapılır. Kompozit prepregler yapmak için elyaf tekstillere ve matlara uygulanan reçineler, matris reçinesinin tam olarak aşamalandırılmasını gerektirir.

Sızdırmazlık malzemeleri ve yapıştırıcıların akış özellikleri, geleneksel olarak, doğru ve tutarlı sonuçlar elde etmek için yetenekli bir operatör gerektiren hassas bir laboratuvar cihazı olan reometre ile ölçülür. Reometre ölçümleri zaman alıcıdır ve kullanımlarını yalnızca reçine bileşenlerinin karıştırılmasından önce ve yavaş kürlenen sistemlerde karıştırıldıktan hemen sonra sınırlandırır. Son olarak, laboratuvarda yapılan reometrik testlerin sonuçları, uygulanan malzemenin mevcut durumu yerine geçmişe dair fikir verdiği için genellikle üretim izlemede sınırlı bir kullanım alanına sahiptir.

Titreşimli elemanlara dayalı viskozimetreler, reometrik ölçümlere uygun bir alternatif sunar. Hızlı, tutarlı okumalar sağlarlar ve özellikle hat içi kurulumlar için uygundurlar. Rezonans sensörleri, sızdırmazlık malzemeleri, yapıştırıcılar veya diğer sıvıları taşıyan proses hatlarına doğrudan kurulabilir ve akan sıvının özelliklerini izlemek için kullanılabilir veya sıvının akış özelliklerini dinamik olarak ayarlayan kontrol sistemlerine bağlanabilir. seyrelticiler veya diğer katkı maddeleri. Proses viskozitesinin bu tür geri besleme kontrolü, örneğin fleksografik ve gravür baskı tesislerinde uzun, yüksek hızlı çalışmalar sırasında renk doğruluğunu korumak için iyi bilinen ve kanıtlanmış bir yöntemdir. [1]

Yapıştırıcılar ve dolgu macunları, Newton olmayan akış özellikleri nedeniyle viskozite ölçümü ve kontrolü için ek bir zorluk sunar. Bir Newton akışkanı, reometre veya viskozimetre gibi dönen bir aletin iş mili hızı ne olursa olsun aynı viskoziteyi gösterir. Newton tipi olmayan akışkanlar, kesme hızına duyarlıdır - ölçülen viskoziteleri, döner bir reometrenin mil hızına veya mekanik bir rezonatöre dayalı bir cihazın titreşim özelliklerine bağlıdır.

Çoğu yapıştırıcı ve sızdırmazlık maddesi için kaymaya bağlı davranış esastır. Alt tabakaya uygulandıklarında serbestçe akmaları gerekir, ancak tam olarak yerleşene kadar, sarkma veya derzden damlama olmadan yerinde kalmalıdırlar. Bu tür malzemeler yalnızca kesme hızına bağlı değildir, aynı zamanda hareket etmelerini sağlamak için belirli bir miktarda kuvvet gerektirebilir. Bozulmadıklarında katılar gibi davranırlar, ancak belirli bir akma gerilimi aşıldığında sıvı gibi akarlar. Ve zamana bağlı olabilirler veya tiksotropik, kesildikten sonra sıvı kalan ve sadece belirli bir iyileşme süresinden sonra katı forma geri dönen.

Reometreler (ve daha az ölçüde, dönen viskozimetreler), bir laboratuvar ortamındaki Newton tipi olmayan karmaşık akışkanların bile davranışını tamamen karakterize edebilen bir dizi ölçüm verme yeteneğine sahiptir. Bu karmaşık malzemelerin gerçek dünyadaki davranışını tahmin etmek için reometrik verilerin yorumlanması zordur ve çoğu zaman endüstriyel süreçlere kolayca uygulanamaz. Öte yandan, titreşen elemanlara dayanan sensörler, tek nokta Ölçümler; genellikle döner cihazlarda kullanılan kayma hızlarından önemli ölçüde daha yüksek olan tek bir kayma hızı değerinde görünür viskozite ölçerler. Bu nedenle, rezonans viskozimetrelerle Newtonyen olmayan akışkanlar üzerinde yapılan ölçümler genellikle döner cihazlardan elde edilenlerle uyuşmaz. İki cihaz türü arasındaki belirtilen viskozite farkına rağmen, titreşim viskozimetreleri, yüksek derecede Newtonyen olmayan akışkanların viskozitesinin izlenmesi ve kontrolü için değerli olduklarını kanıtlamıştır.

Titreşimli viskozimetrelerin kullanım kolaylığı ve sağlamlığı, onları yapıştırıcı ve sızdırmazlık malzemelerinin izlenmesi ve kontrolü için ideal hale getiren iki uygulama alanı vardır. İlki, aplikatörler için hat içi viskozite izlemedir. İkincisi ise, karışık bir malzeme partisinin kap ömrünün sonuna yaklaştığını tespit etmenin kritik önem taşıdığı toplu işlemler için kürleme izlemedir.

Aplikatörler için hat içi viskozite izleme

Mastikler uygulama sırasında serbestçe akmalı, ancak uygulamadan sonra tamamen kürlenmeden akmamalı veya sarkmamalıdır. Bu, malzemenin etkili viskozitesinin, aplikatöre hizmet eden hatlarda ve aplikatör memesinin kendisinde meydana gelen yüksek kesme hızları altında düşük bir viskoziteye ve yüksek bir viskoziteye, hatta dağıtımdan sonra bir akma mukavemetine sahip olan, yüksek düzeyde kesmeye bağımlı olmasını gerektirir. .

Yapıştırıcıların ve sızdırmazlık maddelerinin akış özelliklerinin önemine rağmen, özellikle yüksek hızlı otomatik dağıtım ve uygulama durumunda, yapıştırıcı ve sızdırmazlık maddesi tutarlılığını izlemek veya kontrol etmek için uygulanan hat içi enstrümantasyon hakkında çok az veya hiç bilgi bulunmamaktadır.

Rheonics Viskozite kontrolünün önemli olduğu yüksek hızlı bir laminasyon presine SRV hat içi viskozimetreler kurdu. Pres operatörü, yapıştırıcı viskozitesini izlemek için döner viskozimetreler denedi, ancak dönen parçaların kurumuş yapıştırıcı tarafından kirlenmesi, bunların kullanımını pratik olmaktan çıkardı. Şu anda viskozite izleme için akış kapları kullanılıyor, ancak bunlar özellikle hassas değil ve gerçek bir hat içi ölçüm değil. Kullanımları zaman alıcı olduğundan, sık ölçüm yapmayı pratik olmaktan çıkarıyor ve bu nedenle viskozitede ve dolayısıyla laminasyon yapıştırıcısının akış özelliklerinde istenenden büyük dalgalanmalara neden oluyor. Yüksek hızlı laminasyon makinelerinde sorun daha da karmaşıktır çünkü uygulama silindiri genellikle, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, çözücünün sürekli buharlaştığı açık bir yapıştırıcı oluğunda çalışır:

 

Fleksografik ve rotogravür makinelerinde baskı mürekkeplerinde olduğu gibi, bu kademeli buharlaşma, ortamın viskozitesini kademeli olarak yükseltir, ortamı neredeyse sabit bir viskozitede stabilize etmek için periyodik solvent dozunu gerektirir ve uzun, yüksek hızlı işlemler boyunca uygun uygulamayı sağlar.

Titreşimli viskozite sensörleri, çalışma prensibine bağlı olarak genellikle birkaç yüz hertz ile onlarca kilohertz arasında değişen frekanslarda çalışan rezonatörlere sahiptir. Gerçek kesme hızını belirlemek mümkün olmasa da, kesme hızı aralığı yüksektir ve dağıtım ekipmanındaki değerlere eşit veya daha fazladır. Bu nedenle, titreşimli viskozite sensörleri, yapıştırıcının kıvamını ve dağıtım işlemi sırasında nasıl davranacağını izlemek için kullanışlıdır.

Titreşimsel viskozimetreler, sıvıya batırılmış mekanik bir rezonatörde indüklenen titreşimin sönümlemesini ölçerek çalışır. Titreşimli viskozimetrelerde kullanılan rezonatörler iki genel kategoriye ayrılır; diyapazonlar ve konsol kirişleri gibi enine titreşen rezonatörler ve burularak titreşen rezonatörler. Burulma rezonatörleri, enine titreşimler yüksek viskoziteli akışkanlar tarafından daha güçlü bir şekilde sönümlenme eğiliminde olduğundan, sıklıkla sızdırmazlık malzemeleri ve yapıştırıcılarda karşılaşılan yüksek viskoziteleri ölçmek için özellikle avantajlıdır. Burulma rezonatörleri ayrıca boruların ve diğer kapların duvarlarına yakınlıklarına karşı daha az hassas olma eğiliminde olup kurulum seçeneklerini daha esnek hale getirir. Viskoziteler bir uygulama sistemiyle aynı hat üzerinde ölçüleceği zaman, mekanik kompaktlık avantajlı olabilir, çünkü akış hatları genellikle diğer proses uygulamalarına kıyasla nispeten düşük akış hızlarına sahip küçük çaplıdır. Titreşim sensörleri, montaj yerlerinde hassasiyetlerini etkileyebilecek tepki kuvvetleri üretme eğiliminde olduğundan, titreşim açısından dengeli sensörler, dengesiz rezonatörleri etkileyen çevresel etkilerden özellikle muaftır. Rheonics SRV hat içi viskozimetre bu patentli burulma açısından dengeli rezonatörü temel alır. [2]

Toplu karıştırılmış yapıştırıcılarda kürlenme derecesinin izlenmesi

Yapıştırıcı alanında bir diğer önemli ilgi alanı, yapıştırıcı ve reçinelerin kürlenme derecesinin izlenmesidir. Bu, yapıştırıcı uygulamalarında, yalnızca üreticinin spesifikasyonlarına ve proses parametrelerinin ayarlanmasına güvenmek yerine, belirli bir malzeme partisinin gerekli mekanik özelliklere ulaşıp ulaşmadığını belirlemek açısından önemlidir. Kalıplama işlemlerinde, kürlenmiş parçanın kalıptan çıkarılmasının ne zaman güvenli olduğunu ve kompozit üretiminde ise lamine bir parçanın ne zaman tamamen kürlendiğini belirlemek önemlidir.

Kürlenme derecesinin izlenmesi için birçok yöntem yayınlanmıştır, ancak çoğu mekanik özelliklerin doğrudan ölçümü yerine elektriksel veya optik özellikler gibi dolaylı ölçümlere dayanmaktadır. Deneysel ultrason yöntemleri de mevcuttur, ancak bunlar genellikle yakından kontrol edilen koşullarda çok küçük numunelerle sınırlıdır, çünkü kürlenme süreçleri sırasında ultrason dalgalarının zayıflaması oldukça büyük olabilir[3]. Ayrıca, ultrason ölçümleri genellikle megahertz frekans aralığında gerçekleştirilir ve bu frekanslar, Newtonyen olmayan malzemeler için gerçek dünya uygulamalarında bulunanlara yakın olan gerinim hızlarındaki davranışlarını yansıtmayabilir.

Bir cihaz, Rheonics CureTrack™ şu anda test ediliyor Rheonics GmbH. Önceden karıştırılmış yapıştırıcı ve sızdırmazlık malzemeleri partilerinde jelleşmeyi öngörür. Aşağıdaki Şekil 2'de bir CureTrack cihazının laboratuvar denemesinde kullanımı gösterilmektedir.

 

CureTrack cihazı bir temele dayanmaktadır: Rheonics Hassas elemanını uzatmak için geleneksel tek kullanımlık dozlama iğnesinin bağlanmasına izin veren ucunda Luer konikliği bulunan SRV viskozite sensörü. Tek kullanımlık bir uzatma kullanıldığında sensörün kendisi yapıştırıcıya maruz kalmaz; iğne, jelleşmiş veya sertleşmiş malzemeyle birlikte kolayca çıkarılabilir ve atılabilir.

CureTrack iki sayı verir: sönümleme ve enstrümanın rezonatörünün frekansı. Sönüm, malzemenin viskozitesine, frekans ise sertliğine bağlıdır. Bu nedenle CureTrack'in çıktısı, jelleşme ve sertleştirme süreçlerinden geçerken malzemenin viskoelastik davranışının bir anlık görüntüsünü verir.

Fig. 3 ve 4, CureTrack tarafından kaydedildiği gibi iki farklı epoksi sisteminin sertleşme eğrilerini göstermektedir. İlki, tiyol bazlı sertleştirici Pacer Technology PT39 Z-Poxy 30 Minute Epoxy içeren tüketici epoksi yapıştırıcısıdır. Bu, 30 dakikalık bir kürlenme süresine sahip olarak belirtilir ve genellikle maket yapımı için hobi dükkanlarında satılır. İkincisi, ıslak döşeme lamine kompozitler için kullanılan bir amin kürleme sistemi olan Epolam 2017 sertleştiricili Axson Epolam 2018 reçinesidir. Nominal jelleşme süresi, geniş yüzey alanının ekzotermal ısıtmayı ve kürleme işleminin hızlanmasını kısıtladığı bir laminasyon işleminde 6 °C'de 100:30 reçine/sertleştirici ağırlık oranında 23 saattir.

 

 

Yaklaşan jelleşmenin temel göstergesi, bu nedenle, belirtilen viskozitede hızlı bir artış ve ardından sensörün rezonatörünün rezonans frekansında bir artıştır.

Bu eğriler iki farklı süreç ve üç bölge göstermektedir.

İşlemler jelleşme ve sertleştirmedir. Jelleşme, reçinenin hem viskozitesinde hem de sertliğinde bir artışı yansıtan, yükselen sönümleme ve yükselen frekans ile karakterize edilen bir süreçtir. Malzeme bir sıvıdan jelleşmiş bir duruma geçiyor. Azalan sönümleme ve artan sertlik ile karakterize edilen kürleme, malzemeyi oldukça viskoz, yapışkan bir kütleden sert bir katıya dönüştüren jelleşmeyi izleyen süreçtir. Bu işlemler ayrıca, jelleşme ve sertleşme sırasında malzemenin hareket ettiği üç durumu tanımlar:

1. Malzemenin sertliğinin çok düşük olduğu bir sıvı bölge, CureTrack rezonatörünün düşük ve nispeten sabit frekansında yansır. Bu bölgede, düşük sönüm değeri ile gösterilen viskozite de nispeten düşüktür.
2. Malzemenin hem sertliğinin hem de sönümünün hızla arttığı jelleşmiş bölge. Bu bölgedeki malzeme yapışkandır - maksimuma ulaşan yüksek bir viskoziteye sahiptir, bu da katılaşma başlamadan önce jelleşme sürecinin zirvesini gösterir. Son kürlenmeden önce daha sert hale gelerek kauçuksu bir kütle oluşturur.
3. Katı bölge. Sönümleme bir kez daha düşük ve nispeten sabit bir değere düşürülmüştür. Rezonatör şimdi, viskoz kuvvetler nedeniyle çok az dağılma ile malzemenin esas olarak elastik kesilmesini sağlıyor.

İki eğri seti, CureTrack'in jelleşme sürecinin başlangıcını algılama yeteneğini gösterir ve ayrıca tüm sertleştirme sürecinin izlenmesine izin veren nicel veriler verir.

Şimkin [4] Yapıştırıcı kürleme izlemesinin durumunu inceleyen mükemmel bir makale yayınladı. Jelleşme süresini izlemek için çeşitli yöntemler mevcut olmasına rağmen, hem ticari bir cihaz tabanının eksikliği hem de genel bir standart eksikliği ve dolayısıyla çeşitli ölçüm yöntemleri arasında bir mutabakat eksikliği olduğu sonucuna varıyor.

Shimkin'in tartıştığı yöntemlerin çoğu, dielektrik analizi gibi dolaylıdır, çünkü bunlar reçine sisteminin mekanik özellikleriyle ilişkili olan bir özelliğini ölçerler, ancak reçine uygulamasında işlevsel olarak önemli olan özellikleri doğrudan ölçmezler. sistem. Bu anlamda, jelleşme ve katılaşma gibi özellikleri doğrudan ölçen herhangi bir ölçüm teknolojisi, reçinenin durumu hakkında anında ve doğrudan geri bildirim sağlar.

CureTrack teknolojisinin uygulamaları

Bir reçine sisteminin mekanik özelliklerinin doğrudan ölçümü, hem laboratuvarda hem de reçinelerin bir üretim ortamında karıştırıldığı, uygulandığı ve kürlendiği fabrika zemininde uygulamalara sahiptir.

Laboratuvarda, hem araştırma ve geliştirme hem de kalite kontrol için CureTrack teknolojisi gibi sağlam bir mekanik analiz aracı kullanılabilir. Ar-Ge laboratuvarında yeni reçinelerin ve formülasyonların kürleme özelliklerini analiz etmek için kullanılabilir. Basitliği ve ucuz ve tek kullanımlık algılama elemanlarının kullanılması, pahalı sensörlere zarar verme riski olmadan veya çıkarılması zor kalıntıların kapsamlı ve zaman alıcı temizliğini gerektirmeden çok sayıda numuneyi ekonomik olarak analiz etmeyi mümkün kılar. Kalite kontrol amaçları için, karıştırılmış reçine numuneleri, zaman alıcı hazırlık veya temizleme gerektirmeden laboratuvarda izlenebilir.

Benzer şekilde, kalite kontrol amacıyla, teknolojinin sağlamlığı, laboratuvar analizi için numune alma ihtiyacını ortadan kaldırarak, karışık üretim partilerinin izlenmesini fabrika sahasına taşıyabilir. CureTrack gibi cihazlar, üretim ilerledikçe reçine kovasının durumunu izlemek ve jelleşme yaklaştığında ve kalan malzemenin katılaşmadan önce atılması gerektiğinde bir uyarı alarmı vermek için doğrudan bir reçine kovasına yerleştirilebilir.

Teknolojinin gelecekteki gelişimi, gerçek üretim senaryolarında jelleşmenin izlenmesine de odaklanacaktır. Örneğin, prob ucu reçine infüzyonlu bir katmanın yüzeyiyle temas ettirilerek matris malzemesinin durumu izlenebilir. Veya prob ucu, dökülmüş kalıplanmış bir bileşenin içine kontrollü bir derinliğe kadar sokulabilir ve jelleşme başladıkça çıkarılabilir.

Sıcaklık, kürleme oranlarını belirlemede önemli bir faktör olduğundan, CureTrack, prob ucundaki sıcaklığı ölçen bir sıcaklık sensörü eklemiştir. Bu sensör, jelleşme ve kürlenmenin ölçüldüğü noktadaki sıcaklığı tam olarak ölçebilir ve hem reçinenin sıcaklığını izlemeyi hem de kürleme işlemi sırasında ısı üretimini takip etmeyi sağlar.

Referanslar

1. Baskı uygulamaları için hat içi viskozimetrenin kullanımına ilişkin bilgilere bağlantılar şurada bulunabilir: https://rheonics.com/solutions/
2. https://rheonics.com/products/inline-viscometer-srv/
3. Malzemeler 2013, 6, 3783-3804; doi:10.3390/ma6093783 malzemeler ISSN 1996-1944 www.mdpi.com/journal/materials Ultrason ile Termoset Reçinelerin Kürlenme Durumunun İzlenmesi İncelemesi Francesca Lionetto ve Alfonso Maffezzoli
4. ISSN 1070-3632, Rus Genel Kimya Dergisi, 2016, Cilt. 86, No. 6, s. 1488-1493. Pleiades Publishing, Ltd., 2016.Original Russian Text AA Shimkin, 2014, Rossiiskii Khimicheskii Zhurnal, 2014, Vol. 58, Sayılar 3–4, s. 55–61.