Содержание
Требования к системам дозирования клеевых композиций
Системы дозирования клеевых композиций представляют собой комплекс технологического оборудования, предназначенного для точной подачи заданных объемов адгезивов в производственный процесс. Основные требования к таким системам регламентируются национальными стандартами, устанавливающими метрологические и технические параметры дозирующего оборудования.
Дозирующая система должна обеспечивать стабильное соотношение компонентов для двухкомпонентных клеевых составов, что критично для достижения требуемых физико-механических свойств клеевого соединения. Диапазон соотношений смешивания может варьироваться от 1:1 до 10:1 в зависимости от типа используемого клея.
| Параметр системы | Требование | Обоснование |
|---|---|---|
| Точность дозирования | ±0,5-2% от заданного объема | Обеспечение стабильных свойств клеевого шва |
| Диапазон вязкости материала | 1-200000 мПа·с | Универсальность применения для различных типов клеев |
| Рабочее давление | 1-200 бар | Обеспечение подачи материалов различной вязкости |
| Производительность | 5-500 г/с | Соответствие темпу производственной линии |
| Температурный диапазон | -10...+180°C | Работа с термоклеями и криогенными составами |
Системы дозирования классифицируются по принципу действия на объемные и весовые. Объемное дозирование применяется для жидких и пастообразных клеев с относительно стабильными реологическими характеристиками. Весовое дозирование обеспечивает более высокую точность и используется в производствах с повышенными требованиями к качеству клеевого соединения.
Важно: Для двухкомпонентных систем критичным является минимизация времени между смешиванием и нанесением, определяемого жизнеспособностью клеевой композиции. Для эпоксидных составов это время составляет от 5 до 45 минут в зависимости от температуры и типа отвердителя.
Типы насосов и их технические особенности
Выбор типа насоса определяется реологическими характеристиками клеевого состава, требуемой точностью дозирования и производительностью системы. В промышленных системах дозирования применяются три основных типа насосов: шестеренные, поршневые и перистальтические.
Шестеренные насосы
Шестеренные насосы представляют собой объемные гидромашины с двумя синхронно вращающимися шестернями. При вращении материал переносится во впадинах между зубьями из зоны всасывания в зону нагнетания. Различают насосы внешнего и внутреннего зацепления.
Принцип работы: При выходе зубьев из зацепления в полости всасывания создается разрежение, под действием которого клеевой состав заполняет межзубьевые впадины. При вращении материал транспортируется к зоне нагнетания, где зубья, входя в зацепление, выталкивают его в напорную магистраль.
| Характеристика | Внешнее зацепление | Внутреннее зацепление |
|---|---|---|
| Диапазон вязкости | 10-50000 мПа·с | 10-100000 мПа·с |
| Рабочее давление | До 150 бар | До 200 бар |
| КПД | 0,75-0,85 | 0,80-0,90 |
| Пульсация потока | 5-8% | 2-4% |
| Частота вращения | 500-3000 об/мин | 300-2000 об/мин |
Преимущества шестеренных насосов включают простоту конструкции, компактность, способность к самовсасыванию и равномерность подачи. Недостатки проявляются при работе с абразивными материалами, где происходит интенсивный износ зубьев и корпуса, что приводит к снижению объемного КПД.
Поршневые насосы
Поршневые насосы обеспечивают точную дозировку за счет возвратно-поступательного движения плунжера в цилиндре фиксированного объема. Подача регулируется изменением длины хода поршня или частоты циклов.
Расчет производительности поршневого насоса:
Q = F × S × n × ηv
где:
Q - производительность, см³/мин
F - площадь поршня, см²
S - ход поршня, см
n - частота ходов, мин⁻¹
ηv - объемный КПД (0,92-0,98)
| Параметр | Одноплунжерный | Многоплунжерный |
|---|---|---|
| Точность дозирования | ±1-2% | ±0,5-1% |
| Диапазон давлений | 10-350 бар | 50-500 бар |
| Пульсация потока | 30-50% | 5-15% |
| Диапазон вязкости | 1-50000 мПа·с | 1-100000 мПа·с |
| Срок службы уплотнений | 2000-5000 часов | 5000-10000 часов |
Перистальтические насосы
Перистальтические насосы осуществляют подачу материала за счет сжатия эластичной трубки вращающимся ротором с роликами. Ключевое преимущество - отсутствие контакта перекачиваемой среды с механическими частями насоса, что исключает загрязнение клеевого состава и упрощает обслуживание.
Производительность перистальтического насоса определяется внутренним диаметром трубки, скоростью вращения ротора и свойствами материала трубки. Для клеевых композиций применяются трубки из силикона или полиуретана с толщиной стенки 1,5-3 мм.
Точность дозирования и метрологические характеристики
Точность дозирования является критическим параметром, определяющим качество клеевого соединения. Погрешность дозирования выражается как отклонение действительного значения массы или объема дозы от среднего значения серии измерений.
Систематическая погрешность возникает вследствие неточной калибровки оборудования, износа уплотнений, изменения температуры материала. Случайная погрешность обусловлена колебаниями вязкости клея, пульсацией давления, неравномерностью работы питателей.
| Класс точности дозатора | Диапазон погрешности, % | Область применения |
|---|---|---|
| 0,2 | до ±0,5 | Производство электроники, точное приборостроение |
| 0,5 | до ±1,0 | Фармацевтика, производство композитных материалов |
| 1 | до ±1,5 | Авиационная промышленность, судостроение |
| 2 | до ±2,5 | Мебельное производство, деревообработка |
| 2,5 | до ±3,5 | Строительная индустрия, упаковочное производство |
Пример расчета погрешности:
При дозировании двухкомпонентного эпоксидного клея в соотношении 10:1 (основа:отвердитель) для дозы 100 г основного компонента при классе точности 1:
Допустимое отклонение основы: до ±1,5 г
Допустимое отклонение отвердителя: до ±0,15 г (от 10 г)
Фактическое соотношение может варьироваться в пределах допустимых отклонений
Для обеспечения требуемой точности применяются следующие технические решения: использование прецизионных датчиков массового расхода, термостатирование материала для стабилизации вязкости, применение сервоприводов с обратной связью, компенсация температурного расширения материала.
Относительная погрешность дозирования:
δ = (mфакт - mном) / mном × 100%
где:
mфакт - фактическая масса дозы
mном - номинальная масса дозы
Работа с высоковязкими клеевыми материалами
Высоковязкими считаются клеевые композиции с динамической вязкостью более 25000 мПа·с при температуре применения. К этой категории относятся полиуретановые мастики, эпоксидные компаунды с наполнителями, термоплавкие клеи в неразогретом состоянии, силиконовые герметики.
Вязкость клеевых составов существенно зависит от температуры. При повышении температуры на 10°C вязкость снижается на 40-50%. Это свойство используется для облегчения дозирования путем предварительного подогрева материала.
| Тип клея | Вязкость при 20°C, мПа·с | Вязкость при 60°C, мПа·с | Рекомендуемая температура дозирования |
|---|---|---|---|
| Эпоксидная смола ЭД-20 | 12000-15000 | 800-1200 | 40-60°C |
| Полиуретановый клей PUR | 35000-45000 | 3000-5000 | 50-80°C |
| Термоклей EVA | Твердое состояние | 2000-8000 | 140-180°C |
| Силиконовый герметик | 50000-200000 | 10000-40000 | 20-40°C |
Для дозирования высоковязких материалов применяются специальные технические решения. Системы подогрева включают нагревательные элементы в баке-накопителе, обогреваемые шланги и термостатируемые дозирующие головки. Температура контролируется датчиками с точностью ±2°C.
Критичный параметр: При работе с термоклеями необходимо строго контролировать температуру, так как перегрев приводит к термической деструкции полимера, образованию нагара и засорению системы. Для клеев на основе этиленвинилацетата предельная температура составляет 190°C.
Применение пневматического давления для подачи высоковязких материалов требует давления 4-6 бар для вязкости до 50000 мПа·с и 8-12 бар для более вязких составов. При этом необходима система подготовки сжатого воздуха, включающая фильтр тонкой очистки и влагоотделитель.
Тиксотропные клеевые составы
Тиксотропные клеи проявляют псевдопластическое поведение - их вязкость уменьшается при увеличении скорости сдвига. Это свойство используется для облегчения нанесения: при продавливании через форсунку материал течет легко, а после нанесения вязкость восстанавливается, предотвращая растекание.
Число Рейнольдса для неньютоновских жидкостей:
Re = ρ × v × d / ηэфф
где:
ρ - плотность клея, кг/м³
v - скорость потока, м/с
d - диаметр канала, м
ηэфф - эффективная вязкость при данной скорости сдвига, Па·с
Очистка и техническое обслуживание систем
Регламентное обслуживание систем дозирования клеев является критическим фактором обеспечения стабильности технологического процесса и качества продукции. Периодичность обслуживания определяется типом используемого клея, интенсивностью работы и условиями эксплуатации.
Очистка систем нанесения термоклеев
Очистка оборудования для термоплавких клеев выполняется с использованием специализированных очистителей, которые подразделяются на горячие и холодные. Горячие очистители работают при температуре 140-160°C и циркулируют через систему, растворяя остатки клея. Холодные очистители применяются для наружных поверхностей при комнатной температуре.
Процедура горячей очистки системы:
- Слить остатки клея из бака при температуре 140°C и давлении 0,5 бар
- Залить очиститель, заполнив бак на 70-80% от объема
- Установить температуру согласно инструкции к очистителю (обычно 140-150°C)
- Снять форсунки, направить шланги в емкость для рециркуляции
- Обеспечить циркуляцию при давлении 1 бар в течение 20-30 минут
- Слить очиститель, промыть систему свежей порцией очистителя
- Заменить фильтр, залить свежий клей, прокачать до выхода без примесей
| Тип оборудования | Периодичность очистки | Время простоя | Расход очистителя |
|---|---|---|---|
| Плавильный бак 5 л | 200-300 часов работы | 1-2 часа | 3-4 литра |
| Обогреваемые шланги | 500-700 часов работы | 30-60 минут | 0,5-1 литр |
| Дозирующие пистолеты | После каждой смены | 15-20 минут | 0,2-0,3 литра |
| Форсунки | Ежедневно | 5-10 минут | 50-100 мл |
Обслуживание систем для двухкомпонентных клеев
Системы дозирования двухкомпонентных составов требуют очистки статических смесителей после каждого рабочего цикла. Время полимеризации остатков клея в смесителе обычно составляет 30-90 минут, после чего смеситель подлежит замене или регенерации.
Промывка магистралей подачи компонентов выполняется растворителями, совместимыми с используемым клеем. Для эпоксидных систем применяются ацетон или изопропиловый спирт, для полиуретановых - этилацетат или метилэтилкетон. Объем растворителя должен в 3-5 раз превышать объем магистрали.
Техника безопасности: При проведении промывки необходимо использовать средства индивидуальной защиты - очки, перчатки, респиратор. Работы проводятся в вентилируемом помещении. Отработанный растворитель собирается в герметичную тару для утилизации согласно классу опасности.
Техническое обслуживание насосов
Поршневые насосы требуют замены уплотнений плунжера каждые 2000-5000 часов работы в зависимости от абразивности материала. Признаками износа являются снижение производительности, появление пульсаций давления, утечки через уплотнения.
Шестеренные насосы подлежат проверке торцевых зазоров после 10000 часов эксплуатации. Увеличение зазора более 0,3 мм приводит к снижению объемного КПД на 10-15% и требует замены изношенных деталей.
Интеграция в производственные линии
Интеграция систем дозирования клеев в автоматизированные производственные линии требует согласования параметров оборудования с темпом работы линии, организации обратной связи для контроля качества нанесения и обеспечения синхронизации с другими технологическими операциями.
Уровни автоматизации систем дозирования
Частичная автоматизация предусматривает автоматическое дозирование при ручном управлении процессом. Оператор инициирует цикл нанесения, система выполняет дозировку заданного объема, после чего ожидает следующей команды.
Комплексная автоматизация включает интеграцию дозатора с конвейерной системой, датчиками позиционирования деталей, системой технического зрения для контроля качества нанесения. Управление осуществляется программируемым логическим контроллером с возможностью изменения параметров дозирования в зависимости от типа изделия.
| Компонент системы | Функция | Протокол связи |
|---|---|---|
| ПЛК верхнего уровня | Координация работы линии | Modbus TCP, Profinet |
| Контроллер дозатора | Управление параметрами дозирования | CANopen, EtherCAT |
| Датчики положения | Определение позиции детали | IO-Link, дискретные сигналы |
| Система технического зрения | Контроль качества нанесения | GigE Vision, USB3 Vision |
| HMI панель | Интерфейс оператора | OPC UA, MQTT |
Синхронизация с технологическим процессом
Критическим параметром интеграции является время цикла дозирования, которое должно соответствовать такту производственной линии. Для конвейерных систем с непрерывным движением применяются следящие системы, где дозирующая головка перемещается синхронно с деталью.
Расчет производительности линии:
П = 3600 / (tцикла + tдоз + tпауза)
где:
П - производительность, изделий/час
tцикла - время цикла линии, с
tдоз - время дозирования, с
tпауза - время паузы между циклами, с
Для обеспечения надежности системы предусматривается контроль критических параметров в реальном времени: давления в магистралях, температуры материала, уровня клея в баке, массы или объема дозы. При выходе параметров за допустимые пределы система формирует сигнал останова линии.
Пример интеграции:
В производстве деревянного клееного бруса система дозирования полиуретанового клея интегрирована с роликовым транспортером. Датчик фиксирует подход заготовки, контроллер активирует дозатор, клей наносится полосами шириной 3 мм с шагом 50 мм вдоль пласти заготовки. Расход клея составляет 180-220 г/м² при скорости конвейера 15 м/мин. Система обеспечивает точность дозирования ±3%.
Системы мониторинга и диагностики
Современные системы дозирования оснащаются функциями удаленного мониторинга и предиктивной диагностики. Контроллер регистрирует параметры каждого цикла дозирования, формируя массив данных для статистического анализа. Отклонения от нормальных значений индицируются как предупреждения о необходимости обслуживания.
Часто задаваемые вопросы
Информация для ознакомления:
Настоящая статья носит исключительно информационный и образовательный характер. Представленные данные получены из открытых технических источников и предназначены для общего ознакомления с технологией дозирования клеевых композиций.
Отказ от ответственности:
Автор не несет ответственности за любые последствия использования информации из данной статьи в практической деятельности. Проектирование, эксплуатация и обслуживание систем дозирования должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами, технической документацией производителя оборудования и требованиями безопасности. Перед внедрением технологических решений необходимо провести технико-экономическое обоснование и получить консультации профильных специалистов.
Источники:
- ГОСТ 8.610-2012. ГСИ. Дозаторы весовые автоматические дискретного действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Методы испытаний.
- ГОСТ 8.469-2002. ГСИ. Весы и дозаторы непрерывного и дискретного действия. Методика поверки.
- ГОСТ 30124-94. Весы и весовые дозаторы непрерывного действия. Общие технические требования.
- Шестеренные и винтовые насосы для вязких жидкостей: технические характеристики и области применения. Справочник инженера.
- Объемные гидромашины и гидроприводы: Учебник для вузов / Т.М. Башта и др. - М.: Машиностроение, 1974.
- Технология склеивания в машиностроении: Справочник / Под ред. Р.С. Клячко. - М.: Машиностроение, 1985.
- Дозирующее оборудование в химической промышленности: проектирование и эксплуатация. Методические указания РХТУ им. Д.И. Менделеева.
- Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.П. Крянев, М.А. Кузнецов. - М.: КНОРУС, 2011.
