Precyzyjne dozowanie klejów i uszczelniaczy

Mike Bozzelli, dyrektor ds. inżynierii, dział technologii płynów użytkowych, Graco Inc.

Prawidłowe funkcjonowanie może zależeć od stworzenia idealnego wiązania lub uszczelnienia danej części – a jeśli planujesz dozować używany do tego klej lub uszczelniacz, nałożenie idealnej płynnej uszczelki lub spoiny ma absolutnie krytyczne znaczenie. Jeśli uszczelka lub spoina są niedoskonałe, część jest uważana za wadliwą – co ostatecznie prowadzi do znacznych kosztów. Osiągnięcie idealnej płynnej uszczelki lub spoiny wymaga kontrolowania płynu od początku do końca. Kontrola płynu zaczyna się od określenia, jaki rodzaj uszczelki lub spoiny chcesz dozować, a następnie doboru odpowiedniego sprzętu dozującego do aplikacji.

Pierwszym krokiem jest ustalenie, czy należy skleić, czy uszczelnić.

Klejenie ma miejsce, gdy dwa elementy są łączone lub wiązane, aby zapobiec rozdzieleniu się poszczególnych części, podczas gdy uszczelnienie służy do zapobiegania wydostawaniu się lub wnikaniu substancji, takich jak płyny, do części. Wiele produktów powstaje przy użyciu spoin lub uszczelek i każdy z nich będzie wymagał innej specyfikacji technicznej płynnej uszczelki lub spoiny. Takie specyfikacje obejmują profil uszczelki lub spoiny oraz wymaganą wysokość i szerokość.

Klejenie i uszczelnianie można wykonać przy użyciu materiału jednoskładnikowego (1k) lub materiału dwuskładnikowego (2k). Materiały 1k są zwykle dozowane do lub na część bez mieszania z innym materiałem. Materiałami mogą być masy termotopliwe, silikony, uretany, epoksydy lub materiały UV. Można je utwardzać za pomocą rozpuszczalników, ogrzewania lub reakcji na wilgoć z powietrza.

Przykłady typowych zastosowań 1k to uszczelnianie paneli słonecznych, montaż okien, motoryzacja (uszczelniacze uretanowe do przedniej szyby, klejenie świateł tylnych, klejenie lusterek do obudów, plastikowe obudowy układu ABS), a także klejenie zespołów głośników i końcówek filtrów, klejenie nasadek i uszczelnianie szwów.

Uszczelki wycinane i uszczelki formowane wtryskowo są od lat standardem. Jednakże, produkcja uszczelek wycinanych generuje dużą ilość marnowanego materiału. W wielu przypadkach producenci wyrzucają prawie cały arkusz materiału tylko po to, aby uzyskać cienką uszczelkę. Uszczelki formowane wtryskowo rozwiązują problem odpadów materiałowych, ale wymagają znacznej inwestycji w oprzyrządowanie do form. Obie metody mają również istotną wadę polegającą na tym, że ich zmiana jest bardzo kosztowna, jeśli wymagana jest aktualizacja projektu.

Zasadniczo, płynna uszczelka może być dozowaną płynną alternatywą dla uszczelek wycinanych lub formowanych wtryskowo. Idealnie, nie powinieneś być w stanie ich odróżnić. Płynna uszczelka musi być jednorodna na całej długości i mieć stałą wysokość, szerokość i twardość. 

Perfekcyjna płynna uszczelka nie może mieć żadnych niespójności – w tym twardych, miękkich, cienkich lub grubych miejsc w dowolnym punkcie. Jest to jedna z zalet części wycinanych i formowanych wtryskowo, ponieważ zawsze jest to jeden element. Dozowana płynna uszczelka musi zaczynać się w jakimś stałym punkcie, przebiegać całą zamierzoną ścieżkę na tej samej wysokości, szerokości z zachowaniem kształtu, a następnie kończyć się w innym stałym punkcie – zazwyczaj jest to ten sam punkt początkowy. W przypadku użycia materiału dwuskładnikowego, musi on również pozostać wymieszany w dokładnie tym samym stosunku, aby nie wpłynąć na ostateczną twardość.  

Zgrubienia płynnej uszczelki najczęściej są wynikiem wzrostu docisku materiału. Przeciwieństwem tego są miejsca cieńsze, które najczęściej powstają w wyniku spadku docisku. Zgrubienia początku płynnej uszczelki często nazywa się „głową węża” ze względu na uderzające podobieństwo do wyglądu prawdziwego węża. Na drugim końcu płynnej uszczelki często występuje „ogon”, w którym przekrój materiału drastycznie się zmniejsza, pozostawiając za sobą mały sznurek materiału.

Niedoskonała płynna uszczelka może spowodować wadę części, którą albo trzeba będzie wyrzucić, albo przerobić.  Konsekwencje kosztowe niedoskonałych płynnych uszczelek mogą być znaczne, wpływając na takie zmienne, jak koszt części, roboczogodziny i straty na przeróbki i dodatkowe koszty materiału. Jeśli wada części ujawni się w terenie, może to skutkować postępowaniem gwarancyjnym i prawdopodobnie oznaczać pociągnięcie do odpowiedzialności. 

W przeciwieństwie do płynnej uszczelki, wysokość, szerokość i twardość nie są cechami podstawowymi płynnej spoiny. Dzieje się tak, ponieważ elementy są składane, gdy materiał jest jeszcze wilgotny (lub przynajmniej nieco giętki) i będzie się przemieszczał. Najważniejszymi właściwościami płynnej spoiny jest jej umieszczenie, odpowiednia objętość materiału, a w przypadku materiałów dwuskładnikowych właściwe proporcje mieszania. Chociaż rzeczy takie jak „głowy i ogony węży” są bardzo ważne, w rzeczywistości ważniejsze jest umieszczenie odpowiedniej ilości materiału we właściwym miejscu, aby prawidłowo rozłożył się podczas procesu montażu.

Jeśli nałoży się za mało materiału, pojawią się luki. Jeśli nałoży się zbyt dużo materiału, wyciśnie się on w obszarach, w których nie jest pożądany. Umieszczenie ma znaczny wpływ na obie te kwestie. W przypadku materiałów dwuskładnikowych, jeśli nie są zachowane odpowiednie proporcje mieszanki materiałów, składniki nie zostaną odpowiednio związane, mimo że wszystko może wyglądać akceptowalnie.

Klucz do uzyskania perfekcyjnych płynnych uszczelek lub spoin stanowi kontrola płynu. Pompy wyporowe z serwonapędem firmy Graco', takie jak PD44, 1053, 1093 i PR70 oraz zawory i maszyny to doskonały wybór, aby konsekwentnie spełniać większość wymagań dla płynnych uszczelek i spoin.

Z założenia zawory wyporowe eliminują dwie bardzo ważne zmienne dotyczące temperatury i lepkości. Większość materiałów zmienia lepkość wraz ze zmianą temperatury. Zazwyczaj większość materiałów staje się rzadsza wraz ze wzrostem temperatury i gęstnieje w niższych temperaturach. Jeśli po prostu przykładasz ciśnienie do materiału i polegasz na otwieraniu i zamykaniu zaworu przez określony czas, prawdopodobnie staniesz przed poważnym problemem. 

Otwarcie zaworu rano, gdy materiał jest zimny i gęsty, dostarczy mniej materiału, niż się spodziewałeś. Możesz to skompensować, regulując ciśnienie podawania. Jednak, gdy zakład rozgrzeje się później w ciągu dnia, ciśnienie musi zostać ponownie wyregulowane, ponieważ materiał jest teraz rozrzedzony, a system podaje więcej materiału. Ten scenariusz powoduje niepożądaną interwencję operatora z punktu widzenia kontroli procesu i prawdopodobnie przekłada się na złomowanie lub przerabianie części.

Odnosząc się do samej ilości materiału, nie bierze się pod uwagę wszystkich rzeczy, o których wspomniano wcześniej, takich jak „głowy węży”, „ogony” czy wahania ciśnienia, które niszczą płynną uszczelkę lub spoinę. Zawory wyporowe i maszyny z serwonapędem zapewniają opcje kompensacji wszystkich tych zmiennych i w większości przypadków całkowicie je eliminują. System serwonapędu zapewnia stałą siłę, a tym samym stały nacisk na materiał od początku do końca płynnej uszczelki lub spoiny - eliminując wszystkie potencjalne gęste i rzadkie obszary.

Konstrukcja zaworu wyporowego oznacza, że za każdym razem zawiera on tę samą objętość materiału, więc każdorazowo podaje go tyle samo. To znaczy, że choć materiały stają się rzadsze lub gęstsze w ciągu dnia, ilość dozowanego materiału jest zawsze taka sama. Połączenie tych dwóch elementów konstrukcyjnych daje użytkownikowi pełną kontrolę nad płynem od początku do końca.

W kolejnych artykułach przedstawimy wskazówki i sugestie dotyczące łączenia tych technologii płynów z urządzeniami ruchomymi, takimi jak ramiona robotyczne i platformy XYZ, aby móc nakładać perfekcyjne płynne uszczelki i spoiny nawet z najtrudniejszych w stosowaniu materiałów.