Узнайте о разнообразии областей применения в клеевой промышленности и о том, как Rheonics vДатчики вязкости и плотности используются и устанавливаются для встроенного мониторинга жидкости.
Содержание
- Что такое клеи и герметики?
- Рынок клея
- Виды клеев – производство и применение
- Вязкость для клеев и герметиков
- Плотность для клеев и герметиков
- Мониторинг и контроль вязкости и плотности в процессе производства клеев
- Установка SRV и SRD в клеевых процессах
Что такое клеи и герметики?
Клеи и герметики — это два родственных термина, когда речь идет о склеивании и соединении двух или более деталей вместе. Такое соединение обычно требует использования пасты или жидкости, которая была химически обработана для создания прочной связи на поверхности, на которую она наносится.
Фактическое происхождение клеев и герметиков исходит от самой природы и окружает нас с начала времен. В настоящее время клеи и герметики требуются во всем, что мы используем и видим вокруг, от домашних мастерских до высокотехнологичных продуктов. Вот некоторые примеры отраслей промышленности: упаковка, производство бумаги, производство самолетов, аэрокосмическая промышленность, строительство, обувь, автомобилестроение, электронные приборы, медицина и т. д.
В этой заметке по применению объясняется, какое значение имеют вязкость и плотность для производства и применения клеев, а также как Rheonics Для контроля этих переменных можно использовать встроенные датчики вязкости и плотности SRV и SRD.
Рынок клея
Рынок клеев и герметиков оценивается в 76.1 млрд долларов США на мировом рынке в 2024 году и, по прогнозам, достигнет почти 90 млрд долларов США к 2029 году [2]. Рост рынка можно оценить в контексте, учитывая, что он завершил 20-й век со стоимостью около 10 млрд долларов США [3].
Ведущими странами в отрасли клеев и герметиков являются Китай, Япония, США, Великобритания и Германия. Эта многомиллиардная отрасль состоит из примерно 750 компаний, крупнейшие из которых, перечисленные ниже, занимают почти 50% мирового рынка клеев и герметиков.
- ручка
- Sika
- 3M
- HB Фуллер
- Егерь
- Полимер ITW Performance
- РПМ Интернэшнл
- Avery Dennison
- DOW
Текущий рост индустрии клеев и герметиков в первую очередь основан на применении в строительстве, а также на растущем спросе в медицинских областях. Отрасль строго регулируется для достижения экологических стандартов, что побуждает производителей искать новые технологии для эффективного использования ресурсов и сокращения отходов.
Виды клеев - производство и применение
Клеи обычно можно классифицировать по их происхождению, по типу применения (методу отверждения) или по их химической структуре.
Клей может быть получен из природных ресурсов (животного, растительного или минерального происхождения) или синтетических материалов (эластомеров, термопластов или термореактивных материалов).
Таблица 1: Типы клея по происхождению [1]
| Основное происхождение | Типы клея | Примеры |
|---|---|---|
| натуральный | Животное | Альбумин, Животный клей, Казеин, Шеллак, Пчелиный воск |
| Овощной | Натуральные смолы, Масла и воски, Крахмал и декстрин - углеводы, Белки | |
| Минеральные | Асфальт, битум, силикаты, минеральные воски, минеральные смолы | |
| Синтетический | эластомер | Силикон, резина, полиуретан, полисульфид, бутил |
| термопласт | Виниловые полимеры, насыщенные полиэфиры, поливинил | |
| термореактивной | Эпоксидные смолы, ненасыщенные полиэфиры, аминопластики |
Натуральные клеи
Натуральные клеи получают из органических источников, где связывание достигается за счет натуральных веществ, таких как белок, крахмал и целлюлоза. Преимущество натуральных клеев в том, что их можно считать более экологичными по сравнению с альтернативами. Некоторые натуральные клеи, такие как желатиновый клей, также может быть на 100% биоразлагаемым и пригодным для вторичной переработки даже после переработки.
Наиболее распространенными натуральными клеями являются крахмальные клеи и декстриновые клеи В основном используются в бумажной и упаковочной промышленности. Их относительно легко производить, поэтому их легко найти на рынке по низким ценам.
Клей — это тип связующего вещества, образованного из многих природных веществ, включая белки, такие как желатин, крахмал и целлюлоза [4].
Крахмальные клеи основаны на крахмале, натуральном углеводе или полимере, который обычно встречается в растениях. Наиболее распространенными источниками являются кукуруза, пшеница, картофель и горох.
Крахмальные клеи нашли быстрый рост в отрасли благодаря возможности улучшения их связующих и стойких свойств посредством химических процессов. Например, бура (декагидрат тетрабората натрия) и метаборат натрия (бура и гидроксид натрия) могут быть добавлены для изменения адгезионных свойств крахмала, включая вязкость, липкость и связность [3].
Синтетические клеи
Синтетические клеи основаны на преполимеры or полимеры. Используемые полимеры можно классифицировать как термопласты или термореактивные пластики.
Достижения в пластиковой промышленности позволяют производить эти типы клея массово с измененными характеристиками для каждого применения. Синтетические клеи используются в строительстве различных объектов, от мебели до самолетов.
Основными примерами синтетических клеев являются: эпоксидные смолы, уретаны и цианоакрилаты. Некоторые из этих клеев двухкомпонентные клеи, что означает, что они применяются в виде двух или более компонентов, которые при смешивании вступают в химическую реакцию, образуя сшитое соединение.
Синтетические клеи являются наиболее распространенным типом клея, используемым в мире. Несмотря на это, он также сталкивается со многими проблемами из-за ограниченного сырья (запасов нефти) и негативного воздействия синтетических соединений на здоровье человека и окружающую среду.
В следующей таблице представлен список типов клея с кратким описанием производства (как они изготавливаются), применения (как или где они используются) и вариантов использования.
Таблица 2: Типы клея, производство и применение
| Типы клея | Постановка | Область применения | Use cases |
|---|---|---|---|
| Крахмальный клей Декстрин Растительные клеи Клеи на водной основе на основе декстрина | Произведено из крахмала, сваренного примерно при 90°C (200°F) в воде. Затем раствор модифицируется для придания липкости и других свойств Цвет от светло-соломенного до янтарного или коричневого. | Чувствительная к давлению жидкость Просто наносится на основание, и клей затвердевает благодаря своей липкой поверхности и легкому надавливанию. | Бумага и картон Склеивание бумаги Упаковка Маркировка Фармацевтическая отрасль Еда и напитки |
| Клеи животного/белкового происхождения Теплый клей Желейный клей | Приготовлено в воде путем кипячения костей и соединительных тканей животных, содержащих белки. Клей, полученный из обезжиренного молока, называется казеиновым. Клей, полученный из рыбьей кожи с высоким содержанием коллагена, называется рыбьим клеем. Обычно имеет цвет от янтарного до коричневого. | Большинство из них применяются при температуре около 60°C (140°F). Также их можно предварительно растворить в воде. При нанесении клей имеет очень высокую липкость или вязкость, но высыхает, образуя нелипкую пленку. Не использовать при высоких температурах или высокой влажности. Казеиновый клей наносится на комнатной температуре, но образует соединение с высокой степенью влагостойкости | переплетный Boxes Изделия из дерева Пивные бутылки |
| Поливинилацетатный (ПВА) клей Синтетический клей Цемент на основе смолы | Получен из мономеров винилацетата На водной основе, белого цвета Иногда смешивается с декстриновыми клеями для создания гибридного клея. | Его можно растворить в воде. Применение при комнатной температуре Быстро застывает. Хорошая влагостойкость Склеивание в некоторой степени гибкое и прозрачное, с минимальным влиянием на эстетику основания. | Деревообрабатывающий Крафт Упаковка Печать (переплет) Бумага и картон Строительство |
| Термоплавкие клеи т.е. клей этиленвинилацетат EVA | Существуют различные термоплавкие клеи, большинство из которых основаны на смешивании сополимеров ЭВА. Могут быть добавлены другие полимеры, воски, масла, резина и смолы. Низкий уровень летучих органических соединений (ЛОС) | Термопластик, наносится при определенных температурах выше температуры окружающей среды Время схватывания варьируется. Некоторые термоплавкие клеи схватываются сразу после нанесения, в то время как другие сохраняют липкость в течение более длительного времени, что позволяет добиться «отсроченной» адгезии. Например, силиконовую прокладочную бумагу можно положить так, чтобы ее можно было снять позже, и поместить в подложку | Обувь, кожа Гигиена, мебель и упаковка Мед Электронный Автомобильная |
| эпоксидные | Состоит из двух отдельных клеев, один из которых называется базовой смолой и обычно имеет высокую вязкость, другой называется отвердителем или катализатором и обычно имеет более низкую вязкость. | Требуется смешивание обоих клеев Большинство типов застывают при комнатной температуре, но некоторые требуется нагревание для достижения, улучшения или ускорения реакции сшивания Обычно требуется время отверждения около 24 часов. | глазурь Клеи для дерева Мед Личная гигиена Кровля и пол Автомобильная Аэрокосмическая индустрия |
| силиконовый | Силикон основан на кремнии (диоксид кремния - SiO2), распространенном минерале, присутствующем в песке, почве, граните и горных породах. Извлеченный песок очищается, нагревается и охлаждается, в результате чего получается кремниевый порошок. Процесс продолжается с добавлением метилхлорида, полимеризованного силикона и других. | Доступен в виде однокомпонентного (RTV - вулканизирующийся при комнатной температуре силикон) и двухкомпонентного клея. Силикон RTV отверждается при нанесении в результате реакции с влагой окружающей среды. Двухкомпонентный силикон можно использовать с металлом, стеклом и керамикой. Силиконовые клеи и герметики подходят для применения при высоких температурах — до 260°C (500°F). | Герметики глазурь Клеи для дерева Уплотнительные материалы Электроника |
| полиуретан | Смешивается с носителем, таким как растворитель. Выпускается в различных диапазонах вязкости и пропорций смешивания. Для получения отличного качества необходимо тщательное смешивание. Некоторые из них содержат изоцианаты или катализаторы из тяжелых металлов, которые требуют дополнительных мер предосторожности, чтобы избежать рисков для здоровья операторов. | Доступен как однокомпонентный, так и двухкомпонентный клей. Гибкие, но прочные связи Можно использовать с резиной, пластиком, металлом, шерстью, бумагой, керамикой и тканями. В основном ограничено для применений ниже 120°C (250°F) | Герметики Гофрокартоны Многослойное ламинирование |
Вязкость для клеев и герметиков
Проще говоря, вязкость можно определить как сопротивление жидкости течению. Клеи и герметики в жидком состоянии классифицируются как неньютоновские жидкости, это означает, что показания их вязкости зависят от скорости сдвига, при которой они измеряются.
Вязкость имеет большое значение при производстве и нанесении клея, а также может дать представление об изменениях плотности, стабильности, содержании растворителя, скорости смешивания, молекулярной массе и т. д. Вязкость является эффективным индикатором консистенции клея или распределения размеров частиц.
Вязкость клеев может значительно различаться в зависимости от конечного варианта использования (например, герметизация, склеивание и т. д.). Существуют клеи с низкой, средней и высокой вязкостью.
- Клеи с низкой вязкостью: используются для инкапсуляции, заливки и пропитки.
- Клеи средней вязкости: в основном используются для склеивания и герметизации.
- Клеи с высокой вязкостью: используются для обеспечения отсутствия капель и провисания. Обычно используются для некоторых эпоксидных смол.
Традиционно технологии измерения вязкости требовали ручного отбора проб и лабораторных показаний. Этот процесс требует времени и человеко-часов и не подходит для управления процессом в реальном времени. Свойства, считываемые в лаборатории, не являются репрезентативными для жидкости в линиях из-за прошедшего времени, седиментации или старения жидкости.
Команда Rheonics SRV — это встроенный вискозиметр, подходящий для встроенных показаний вязкости и температуры. SRV считывает произведение вязкости и плотности жидкости и выдает результат в виде динамической вязкости.
Датчик SRV подходит для установки в трубопроводы различных размеров, реакторы, смесительные и складские резервуары, обеспечивая полную прослеживаемость процесса приготовления клея. Датчик SRV обеспечивает полностью автоматизированный контроль процесса приготовления клея, передавая показания вязкости на контроллер для управления добавлением растворителей или разбавителей для достижения желаемого результата. Показания SRV также используются для мониторинга соотношения компонентов смеси или консистенции клея в реакторе в режиме реального времени для принятия необходимых мер при достижении заданного соотношения компонентов смеси.
Плотность для клеев и герметиков
Плотность жидкости — это отношение ее массы к объему. Плотность клеев используется для контроля содержания соединений, добавляемых в производство, или содержания твердых веществ и размеров частиц в жидкости до и после смешивания. Таким образом, плотность клея в процессе смешивания может использоваться как индикатор правильного конечного состава.
Команда Rheonics SRD — это встроенный измеритель плотности и вязкости, подходящий для встроенных показаний плотности, вязкости и температуры. SRD также может выводить кинематическую вязкость, проценты концентрации и т. д. Rheonics SRD предлагается в различных вариантах и размерах в соответствии с требованиями установки.
Мониторинг и контроль вязкости и плотности в процессе производства клеев
Производство клея обычно основано на смешивании или диспергировании различных материалов для получения желаемой химической стойкости, термических характеристик, ударопрочности, усадки, гибкости, эксплуатационной надежности и прочности конечного продукта.
Команда Rheonics Встраиваемый вискозиметр SRV и встраиваемый плотномер и вискозиметр SRD подходят для установки на различных этапах производства клеев, клеев или крахмала. Датчики типа SR позволяют осуществлять поточный мониторинг вязкости, плотности и температуры, а также производных параметров, таких как концентрация и соотношение компонентов смеси. Их можно устанавливать непосредственно в смесительном резервуаре для отслеживания изменения вязкости и определения момента достижения требуемого смешивания; в резервуарах для хранения для проверки поддержания свойств жидкости; или в трубопроводах при движении жидкости между установками.
Установка SRV и SRD в клеевых процессах
В танках
Измерение вязкости внутри смесительного бака клеевой жидкости позволяет быстро принимать меры по контролю консистенции жидкости. Это приводит к увеличению производства и уменьшению отходов ресурсов.
Вискозиметр SRV можно установить в смесительном баке сверху, на стенке или снизу. При установке сверху рекомендуется использовать длинный вставной зонд -X5. Узнайте больше о СРВ-Х5 и СРД-Х5. Длина вставки (A) должна быть достаточно большой, чтобы чувствительный элемент контактировал с жидкостью. Установка на стенке и дне резервуара может использовать короткий вариант зонда, например СРВ-Х1 or СРВ-Х3Если на резервуаре имеются имеющиеся порты, клиент может рассмотреть возможность их повторного использования для установки SRV.
Измеритель плотности и вязкости SRD не рекомендуется для процессов смешивания, поскольку смешивание может добавить слишком много шума к показаниям. Если в смесительном баке есть линия рециркуляционного насоса, SRD можно легко установить там, как описано в следующем разделе.
Связаться Rheonics Команда поддержки в для получения рекомендаций по установке. Клиент должен предоставить чертежи или фотографии резервуара, указав все имеющиеся доступные порты и условия эксплуатации (температура, давление, ожидаемая вязкость и т. д.).
В трубопроводах
Наилучшим возможным расположением SRV и SRD в трубопроводах адгезионных жидкостей является коленчатая установка. Это осевая установка с чувствительным элементом зонда, направленным в поток жидкости. Это решение обычно требует длинной вставки -датчик X5. Узнайте больше о СРВ-Х5 и СРД-Х5.
Использование длинного зонда вставки -X5 позволяет клиенту иметь индивидуальную длину вставки (A) и технологическое соединение в зависимости от требований к установке, таких как размер линии. Длина вставки A должна быть достаточной для того, чтобы чувствительный элемент зонда (в синей зоне на следующем рисунке) контактировал с текущей жидкостью, избегая мертвых или застойных зон вблизи установочного порта. Размещение чувствительного элемента на прямом участке трубы имеет дополнительное преимущество, поскольку сохраняет чувствительный элемент чистым, поскольку жидкость течет по обтекаемой конструкции зонда.
Если линия небольшая (менее 1.5 дюймов), клиент может рассмотреть возможность использования Rheonics проточные ячейки или варианты зонда Slimline -X6 с меньшим диаметром. Узнать больше:
Учтите, что высоковязкие клеи могут легко создавать отложения на поверхностях зонда и трубы. Здесь, избегание мертвых зон вокруг чувствительного элемента является ключом к надежным показаниям. Если зонд нуждается в ручной очистке, просмотрите статью: Как чистить датчики Type-SR?
Референсы
[1]: Справочник по клеям и герметикам
[3]: «Скучный» бор и клеи | 2014-09-02 | Индустрия клеев и герметиков (adhesivesmag.com)
[4]: Натуральные клеи для промышленного применения (lddavis.com)
[5]: Мониторинг и контроль вязкости при разработке, испытании и нанесении клеев и герметиков
