Пропустить
+ 41 52 511 3200 (SUI)     + 1 713 364 5427 (США)     
Клеи ASI Герметики Вязкость

Журнал ASI: Мониторинг в реальном времениoring свойств клея и герметика

Мониторинг в реальном времениoring клеящих и герметизирующих свойств

Новые инструменты для линейных и производственных приложений

Правильная регулировка характеристик текучести герметиков и термореактивных клеев имеет решающее значение для их работы в высокоавтоматизированных высокоскоростных производственных средах.

Автоматизированное нанесение герметиков и клеев, например, в автомобилестроении, требует, чтобы наносились предсказуемые, воспроизводимые количества, чтобы они текли должным образом и оставались на месте в течение последнего периода схватывания. В полиграфической промышленности ламинирование пластиковых пленок производится на специализированных высокоскоростных машинах, требующих тщательного контроля вязкости клея. Смолы, которые наносятся на текстильные волокна и маты для изготовления композитных препрегов, требуют точной обработки матричной смолы.

Характеристики текучести герметиков и клеев традиционно измеряются с помощью реометра, тонкого прецизионного лабораторного прибора, который требует квалифицированного оператора для получения точных и последовательных результатов. Измерения с помощью реометра отнимают много времени, поэтому их использование ограничивается компонентами смолы перед смешиванием, а в случае систем медленного отверждения - вскоре после смешивания. И, наконец, результаты реометрических испытаний в лаборатории зачастую имеют ограниченное применение при контроле производства.oring, поскольку они дают представление о прошлом, а не о настоящем состоянии применяемого материала.

Вискозиметры на основе вибрирующих элементов представляют собой жизнеспособную альтернативу реометрическим измерениям. Они дают быстрые и стабильные показания и особенно подходят для поточной установки. Резонансные датчики могут быть установлены непосредственно в технологических линиях, содержащих герметики, клеи или другие жидкости, и могут использоваться либо для контроля характеристик текущей жидкости, либо могут быть подключены к системам управления, которые динамически регулируют характеристики потока жидкости путем добавления разбавители или другие добавки. Такой контроль вязкости с обратной связью является хорошо известным и проверенным методом, например, для поддержания точности цвета во время длительных высокоскоростных тиражей на заводах флексографической и глубокой печати. [1]

Рисунок 1. Встроенный вискозиметр (слева), установленный в адаптере выкидной линии для встроенных приложений. Рисунок 1. Встроенный вискозиметр (слева) и установленный в адаптере выкидной линии для встроенных приложений.

Рис. 1. Встроенный вискозиметр (слева), установленный в адаптере выкидной линии для встроенных приложений.

Клеи и герметики создают дополнительную проблему для измерения и контроля вязкости из-за их очень неньютоновских характеристик текучести. Ньютоновская жидкость имеет одинаковую вязкость независимо от скорости вращения шпинделя вращающегося инструмента, такого как реометр или вискозиметр. Неньютоновские жидкости чувствительны к скорости сдвига - их измеренная вязкость зависит от скорости вращения шпинделя вращательного реометра или от вибрационных характеристик устройства, основанного на механическом резонаторе.

Поведение, зависящее от сдвига, имеет важное значение для большинства клеев и герметиков. Они должны свободно течь при нанесении на основание, но должны оставаться на месте до полного затвердевания, не провисая и не капая с шва. Такие материалы не только зависят от скорости сдвига, но и могут требовать определенного усилия, чтобы заставить их двигаться. Когда их не трогают, они ведут себя как твердые тела, но когда предел текучести превышено, они текут как жидкости. И они могут зависеть от времени, или тиксотропный, оставшаяся жидкость после резки и переходящая в твердую форму только через определенное время восстановления.

Реометры (и, в меньшей степени, вращающиеся вискозиметры) способны давать целую серию измерений, которые могут полностью охарактеризовать поведение даже сложных неньютоновских жидкостей в лабораторных условиях. Интерпретация реометрических данных для прогнозирования реального поведения этих сложных материалов является сложной задачей и часто не всегда применима к промышленным процессам. С другой стороны, датчики, основанные на вибрирующих элементах, генерируют одноточечный измерения; они определяют кажущуюся вязкость при одном значении скорости сдвига, которое часто существенно превышает скорости сдвига, используемые во вращающихся инструментах. По этой причине измерения, выполненные на неньютоновских жидкостях с помощью резонансных вискозиметров, обычно не согласуются с измерениями, полученными с помощью вращающихся приборов. Несмотря на эту разницу в показаниях вязкости между двумя типами приборов, вибрационные вискозиметры оказались ценными для мониторинга.oring и контроль вязкости сильно неньютоновских жидкостей.

Существует две области применения, в которых удобство и надежность вибрационных вискозиметров делают их идеальными для мониторинга.oring и контроль клеев и герметиков. Первый — встроенный контроль вязкости.oring для аппликаторов. Второе – лечение-мониторингoring для периодических операций, в которых крайне важно обнаружить, когда смешанная партия материала приближается к концу срока годности.

Встроенный контроль вязкостиoring для аппликаторов

Герметики должны свободно течь в процессе нанесения, но не должны стекать или проседать после нанесения до полного отверждения. Это требует, чтобы эффективная вязкость материала сильно зависела от сдвига, имела низкую вязкость при высоких скоростях сдвига, которые возникают в линиях, обслуживающих аппликатор, и в самом сопле аппликатора, а также высокую вязкость или даже предел текучести после дозирования. .

Несмотря на важность характеристик текучести клеев и герметиков, особенно в случае высокоскоростного автоматического дозирования и нанесения, информации о встроенных контрольно-измерительных приборах, применяемых для мониторинга или контроля консистенции клея и герметика, практически нет.

Rheonics установила линейные вискозиметры SRV в высокоскоростном ламинирующем прессе, в котором контроль вязкости имеет важное значение. Оператор прессы опробовал ротационные вискозиметры для мониторингаoring вязкость клея, но загрязнение вращающихся частей засохшим клеем делало их использование нецелесообразным. В настоящее время для контроля вязкости используются сливные стаканы.oring, но они весьма неточны и не являются по-настоящему встроенными измерениями. Их использование требует много времени, что делает частые измерения непрактичными и, следовательно, допускает большие, чем желательно, колебания вязкости и, следовательно, характеристик текучести ламинирующего клея. Проблема усугубляется в высокоскоростных машинах для ламинирования, поскольку аппликационный валик обычно работает в открытом желобе с клеем, из которого постоянно испаряется растворитель, как показано на следующем рисунке:

Резервуар для клея в высокоскоростной ламинатной машине

Рис. 2. Резервуар для клея в высокоскоростной ламинатной машине.

 

Как и в случае с печатными красками во флексографских и ротогравюрных машинах, это постепенное испарение постепенно увеличивает вязкость носителя, что требует периодического дозирования растворителя для стабилизации носителя при почти постоянной вязкости, обеспечивая правильное нанесение на протяжении долгих высокоскоростных прогонов.

Датчики вибрационной вязкости имеют резонаторы, которые обычно работают на частотах от нескольких сотен герц до десятков килогерц в зависимости от конкретного принципа действия. Хотя невозможно определить фактическую скорость сдвига, диапазон скоростей сдвига широк и равен или превышает диапазон скоростей сдвига, обнаруженный в дозирующем оборудовании. По этой причине датчики вибрационной вязкости полезны для мониторинга.oring консистенция клея и то, как он будет действовать во время операции нанесения.

Вибрационные вискозиметры работают путем измерения затухания вибрации, возникающей в механическом резонаторе, погруженном в жидкость. Резонаторы, используемые в вибрационных вискозиметрах, делятся на две основные категории: резонаторы с поперечной вибрацией, такие как камертоны и консольные балки, и резонаторы с крутильными колебаниями. Крутильные резонаторы особенно выгодны для измерения жидкостей с более высокой вязкостью, часто встречающихся при использовании герметиков и клеев, поскольку поперечные вибрации имеют тенденцию более сильно гаситься жидкостями с высокой вязкостью. Крутильные резонаторы также менее чувствительны к близости к стенкам труб и других сосудов, что делает варианты установки более гибкими. Когда вязкость необходимо измерять в рамках системы нанесения, механическая компактность может быть преимуществом, поскольку выкидные линии часто имеют малый диаметр с относительно низкими скоростями потока по сравнению с другими технологическими применениями. Поскольку вибрационные датчики имеют тенденцию создавать силы реакции при монтаже, которые могут влиять на их чувствительность, вибробалансированные датчики особенно свободны от влияния окружающей среды, которое влияет на несбалансированные резонаторы. Rheonics Линейный вискозиметр SRV основан на этом запатентованном крутильно-сбалансированном резонаторе. [2]

монитoring степень отверждения клеев, смешанных партиями

Еще одна важная область интересов в области клеев — мониторинг.oring степени отверждения клеев и смол. При применении клея это важно для определения того, достигла ли конкретная партия материала необходимых механических свойств, а не просто полагаться на спецификации производителей и корректировку параметров процесса. При формовании важно определить, когда можно безопасно извлечь отвержденную деталь из формы, а при производстве композитов — определить, когда ламинированная деталь полностью отверждена.

Многие методы были опубликованы для monit.oring степень отверждения, но большинство из них полагаются на косвенные измерения, такие как электрические или оптические характеристики, а не на прямое измерение механических свойств. Доступны экспериментальные ультразвуковые методы, но они, как правило, ограничиваются очень маленькими образцами в строго контролируемых условиях, поскольку затухание ультразвуковых волн может быть довольно большим во время процессов отверждения [3]. Кроме того, ультразвуковые измерения обычно проводятся в диапазоне мегагерцовых частот, что для неньютоновских материалов может не отражать их поведение при скоростях деформации, более близких к тем, которые наблюдаются в их реальных приложениях.

Устройство, Rheonics CureTrack™ в настоящее время проходит испытания Rheonics ГмбХ. Он прогнозирует гелеобразование в партиях предварительно смешанных клеев и герметиков. На рис. 2 ниже показан прибор CureTrack, использованный в лабораторных испытаниях.

 

Рис. 3. Устройство, которое в настоящее время проходит испытания, основано на датчике вязкости с конусом Люэра на кончике, позволяющем подсоединить обычную одноразовую дозирующую иглу для удлинения ее чувствительного элемента.

Рис. 3. Инструмент CureTrack с крупным планом пробирки с образцом и кончика иглы.

Устройство CureTrack основано на Rheonics Датчик вязкости SRV с конусом Люэра на конце, позволяющим подсоединить обычную одноразовую дозирующую иглу для удлинения ее чувствительного элемента. Благодаря использованию одноразового удлинителя сам датчик не подвергается воздействию клея; иглу можно просто отсоединить и выбросить вместе с загущенным или затвердевшим материалом.

CureTrack выводит два числа: затухание и частоту резонатора инструмента. Демпфирование зависит от вязкости материала, а частота зависит от его жесткости. Таким образом, выходные данные CureTrack дают представление о вязкоупругом поведении материала в процессе его гелеобразования и отверждения.

Рис. 3 и 4 показаны кривые отверждения двух различных эпоксидных систем, записанные CureTrack. Первый - это потребительский эпоксидный клей с отвердителем на основе тиола, Pacer Technology PT39 Z-Poxy 30 Minute Epoxy. Время отверждения указано как 30 минут, и его обычно продают в хобби-магазинах для создания моделей. Вторая - это смола Axson Epolam 2017 с отвердителем Epolam 2018, система аминового отверждения, используемая для влажных ламинированных композитов. Расчетное время гелеобразования составляет 6 часов при массовом соотношении смола / отвердитель 100: 30 при 23 ° C в процессе ламинирования, в котором большая площадь поверхности ограничивает экзотермический нагрев и ускорение процесса отверждения.

Рис. 4. Кривые отверждения CureTrack бытового эпоксидного клея Pacer Pt39 Z-Poxy. График показывает затухание и частоту CureTrack с жидкой, гелеобразной и твердой фазами клея.

Рис. 4. Кривые отверждения CureTrack бытового эпоксидного клея Pacer Pt39 Z-Poxy. График показывает затухание и частоту CureTrack с жидкой, гелеобразной и твердой фазами клея.

 

Рис. 5. Кривые отверждения медленно отверждающейся эпоксидной смолы для ламинирования с отвердителем в массовом соотношении 100: 30. График показывает жидкую, гелеобразную и твердую фазы смолы.

Рис. 5. Кривые отверждения CureTrack медленно отверждающейся эпоксидной смолы для ламинирования Смола Epolam 2017 с отвердителем 2018 в массовом соотношении 100: 30. График показывает жидкую, гелеобразную и твердую фазы смолы.

 

Таким образом, основным индикатором приближающегося гелеобразования является быстрое увеличение показываемой вязкости с последующим увеличением резонансной частоты резонатора датчика.

Эти кривые показывают два различных процесса и три области.

Процессы гелеобразования и отверждения. Гелеобразование - это процесс, характеризующийся возрастающим демпфированием и увеличением частоты, отражающим повышение как вязкости, так и жесткости смолы. Материал переходит из жидкого состояния в гелеобразное. Отверждение, которое характеризуется уменьшением демпфирования и увеличением жесткости, представляет собой процесс, следующий за гелеобразованием, который превращает материал из высоковязкой липкой массы в твердое твердое вещество. Эти процессы также определяют три состояния, в которых материал движется во время гелеобразования и отверждения:

  1. Жидкая область, в которой жесткость материала очень низкая, отражается на низкой и относительно постоянной частоте резонатора CureTrack. В этой области вязкость также относительно низкая, на что указывает низкое значение демпфирования.
  2. Загущенная область, в которой жесткость и демпфирование материала быстро возрастают. Материал в этой области липкий - он имеет высокую вязкость, которая достигает максимума, что указывает на пик процесса гелеобразования до начала затвердевания. Он становится более жестким, образуя эластичную массу перед окончательным отверждением.
  3. Твердый регион. Демпфирование снова снизилось до низкого и относительно постоянного значения. Резонатор теперь производит в основном упругий сдвиг материала с небольшим рассеянием из-за сил вязкости.

Два набора кривых демонстрируют способность CureTrack определять начало процесса гелеобразования, а также предоставляют количественные данные, позволяющие отслеживать весь процесс отверждения.

Шимкин [4] опубликовал отличную статью, в которой рассматривается состояние системы контроля отверждения адгезивов.oring. Он заключает, что, хотя ряд методов мониторингаoring время гелеобразования, существует как отсутствие коммерческой инструментальной базы, так и общее отсутствие стандартов и, следовательно, согласия между различными методами измерения.

Большинство методов, которые обсуждает Шимкин, являются косвенными, например диэлектрический анализ, поскольку они измеряют свойство системы смолы, которое коррелирует с ее механическими свойствами, но не измеряют напрямую свойства, которые функционально важны при применении смолы. система. В этом смысле любая технология измерения, которая напрямую измеряет такие свойства, как гелеобразование и затвердевание, обеспечивает немедленную прямую обратную связь о состоянии смолы.

Применение технологии CureTrack

Прямое измерение механических свойств системы смол применяется как в лаборатории, так и на заводе, где смолы смешиваются, наносятся и отверждаются в производственных условиях.

В лаборатории надежный инструмент механического анализа, такой как технология CureTrack, может использоваться как для исследований и разработок, так и для контроля качества. В научно-исследовательской лаборатории его можно использовать для анализа свойств отверждения новых смол и рецептур. Его простота и использование недорогих одноразовых чувствительных элементов позволяет экономично анализировать большое количество образцов без риска повреждения дорогих датчиков или необходимости обширной и трудоемкой очистки от трудно удаляемых остатков. В целях контроля качества образцы смешанных смол можно контролировать в лаборатории без затрат времени на подготовку или очистку.

Аналогичным образом, в целях контроля качества надежность технологии можетoring смешанных производственных партий в заводские цеха вместо необходимости брать пробы для лабораторного анализа. Такие инструменты, как CureTrack, можно вставлять непосредственно в емкость со смолой, чтобы контролировать ее состояние в ходе производства и подавать предупреждающий сигнал, когда приближается гелеобразование, а любой оставшийся материал необходимо утилизировать до того, как он затвердеет.

Будущее развитие технологии также будет сосредоточено на мониторинге.oring гелеобразование в реальных производственных сценариях. Например, кончик зонда можно привести в контакт с поверхностью слоя, пропитанного смолой, для мониторинга состояния матричного материала. Либо кончик зонда можно ввести на контролируемую глубину в отлитую формованную деталь и извлечь по мере застывания.

Поскольку температура является важным фактором, определяющим скорость отверждения, CureTrack включил в комплект датчик температуры, который измеряет температуру на кончике зонда. Он может измерять температуру именно там, где измеряются гелеобразование и отверждение, что позволяет как контролироватьoring температуру смолы и отслеживание выделения тепла в процессе отверждения.

Рекомендации

  1. Ссылки на информацию об использовании встроенной вискозиметрии для приложений печати можно найти в https://rheonics.com/solutions/
  2. https://rheonics.com/products/inline-viscometer-srv/
  3. Материалы 2013, 6, 3783-3804; doi:10.3390/ma6093783 материалы ISSN 1996-1944 www.mdpi.com/journal/materials Обзор Monitoring Состояние отверждения термореактивных смол с помощью ультразвука Франческа Лионетто и Альфонсо Маффеццоли
  4. ISSN 1070-3632, Российский общий химический журнал, 2016, т. 86, № 6, с. 1488–1493. Плеядес Паблишинг, Лтд., 2016 г. Оригинал русского текста А.А. Шимкин, 2014 г., опубликовано в Российском химическом журнале, 2014 г., Т. 58, №№ 3–4, стр. 55–61.

Авторы

Доктор Джо Гудбред

Доктор Джо Гудбред

Доктор Гудбред является одним из основателей команды, разработавшей Rheonics'основные технологии за последние 30 лет. Он создал и возглавил лабораторию экспериментальной механики в Институте механики. ETH Цюрих. Он разработал значительную интеллектуальную собственность в области датчиков свойств жидкостей: 9 выданных патентов и более 12 находятся на рассмотрении. Он имеет степень бакалавра в области аэрокосмических и машиностроительных наук Принстонского университета, степень магистра биомеханики Стэнфордского университета и степень доктора технических наук. наук. из ETH Цюриха по биомеханике. Доктор Гудбред также является дипломированным психотерапевтом и основателем Института процессуальной работы. Он опубликовал несколько книг по этой теме. Обширные исследовательские и инженерные навыки доктора Гудбрида составляют техническое ядро Rheonics' продукты и услуги. Его страсть к инновациям и решению невозможных задач позволила создать ведущие в отрасли продукты.

Д-р Сунил Кумар

Д-р Сунил Кумар

Доктор Кумар имеет обширный опыт работы в области датчиков и энергетики, в начале своей карьеры он работал на различных должностях в области инженерии и исследований. Совсем недавно он руководил глобальным проектированием служб бурения в компании Baker Hughes. Доктор Кумар основал компании в США и Великобритании, которые успешно коммерциализировали инновационные продукты. Он имеет степень доктора электротехники Имперского колледжа Лондона, степень магистра машиностроения Калифорнийского университета и степень бакалавра аэрокосмической техники ИИТ Харагпура. Он разработал сейсмометр, который был запущен в качестве основной полезной нагрузки для миссии NASA Insight на Марс в 2018 году, а также разработал чипы для отбора проб почвы AFM, которые использовались для анализа почвы в миссии NASA Phoenix в 2006 году на Марс. Он плодовитый изобретатель, имеющий более 30 патентов и множество рецензируемых статей. Видение доктора Кумара о создании датчиков для измерения свойств жидкости, которое революционизирует поточный мониторинг технологических процессов.oring, контроль и оптимизация служат основойhartэ для Rheonics.

Обзор

Журнал, посвященный отраслевым клеям и герметикам. ASI публикует тематическую статью, посвященную Rheonics линейный вискозиметр SRV и Rheonics CureTrack™, в настоящее время тестируется Rheonics. В статье обсуждаются технологии и принципы работы с особым акцентом на исследования и разработки, реальные сценарии производства и цели контроля качества для применения в промышленности клеев и герметиков.

Найдите ссылку на публикацию.

Журнал ASI - Особенности веб-сайта
Скачать публикацию

Связанное примечание по применению

Вязкость и реология герметиков и клеев при составлении, испытаниях и применении

Вязкость и реология герметиков и клеев при составлении, испытаниях и применении

Клеи и герметики широко используются для соединения, защиты и герметизации систем в строительстве, производстве и обслуживании. Эта отрасль сталкивается с проблемами из-за ограниченного количества сырья (запасов нефти) и негативного воздействия синтетических соединений на…

подробнее
Поиск