Выпуск #2/2014
А.Петров
Невозможное возможно. Автоматизация применения отечественных двухкомпонентных материалов
Невозможное возможно. Автоматизация применения отечественных двухкомпонентных материалов
Просмотры: 4720
Условия эксплуатации современных электронных изделий специального назначения требуют от разработчиков ответственного подхода к их защите от агрессивных воздействий окружающей среды. Применение импортных материалов при производстве специальной техники ограничено, поэтому технологи вынуждены искать способы работы с отечественными материалами, многие из которых были разработаны еще в 60-х годах прошлого века.
Большинство отечественных двухкомпонентных материалов, разработанных в середине прошлого века, до сих пор актуальны и, более того, конкурентоспособны – если говорить о свойствах отвержденных компаундов. Ахиллесова пята материалов отечественного производства – крайне низкая технологичность, а именно:
нестабильность свойств компонентов от партии к партии и большие допуски технологических параметров (например, динамической вязкости, соотношения смешивания компонентов и др.);
неудобные пропорции смешивания компонентов. Например, для получения готовой смеси компаунда Виксинт У-1-18 необходимо смешать пасту У-1 и катализатор №18 в массовом соотношении 400:1. И это при огромной разнице в вязкости! Большинство современных импортных материалов, напротив, смешиваются в соотношении 1:1;
необходимость введения в компаунд твердых наполнителей (например, кварц, алюминиевая пудра) для придания дополнительных свойств.
Эти недостатки приводят к сложностям в построении стабильного технологического процесса, большим отходам материала и росту брака. На большинстве производств ручная заливка выполняет-
ся следующим образом: компоненты отмеряются
на весах; затем их сливают в общую тару и смешивают либо вручную, либо с помощью подручных бытовых приборов (рис.1). Приготовленный компаунд загружают в шприц, из которого дозируют в изделие. Такой процесс имеет серьезные недостатки:
из-за человеческого фактора и примитивности оборудования нередко нарушаются пропорции смешивания. Поэтому время отверждения материала колеблется в широких пределах, а в ряде случаев материал вообще не твердеет (рис.2);
при ручном смешивании в смесь нагнетается большое количество воздуха, который затрудняет точное дозирование и попадает в конечное изделие;
сразу же после смешивания компоненты материала начинают реагировать друг с другом. Поэтому со временем (от заливки к заливке) вязкость материала изменяется.
В итоге на предприятии растет брак. И самое главное – полностью удалить из изделия неотвержденный компаунд крайне трудоемко, зачастую невозможно. Соответственно, нельзя и повторно залить его компаундом.
Работать с большинством отечественных двухкомпонентных компаундов на современном импортном оборудовании до недавнего времени было попросту нельзя. Для разрешения сложившейся проблемы специалисты ООО "Остек-Интегра" (Группа компаний Остек) вместе с признанным мировым лидером в области дозирующего оборудования – компанией Dopag (Германия/Швейцария) – провели опытно-проектные работы в области двухкомпонентных систем дозирования. В лабораториях Dopag были испытаны наиболее распространенные и востребованные отечественные двухкомпонентные материалы (рис.3) Виксинт К-68; Виксинт ПК-68; Виксинт У-1-18; Виксинт У-2-28;
Виксинт У-4-21; ВК-9; КДС-174; КДС-174 с алюминиевой пудрой или пылевидным кварцем в качестве наполнителя.
В первую очередь проверялось фактическое соот-
ношение смешивания. Компоненты материала загружались в систему подготовки смешивания и дозирования и вакуумировались в баках установки. Задавались требуемое соотношение объемов смешиваемых компонентов и разовая доза материала. После запуска установки компоненты не поступали в смеситель, а забирались из своих магистралей в отдельные стаканы, содержимое которых затем взвешивалось. Полученные значения сравнивались с заданными, и по результатам десяти измерений вычислялась фактическая абсолютная погрешность коэффициента смешивания. Например, для материала Виксинт К-68 эта величина составила 1,08%. В массовых долях фа-
ктическое соотношение смешивания оказалось в ди-
апазоне 100:5,027 – 100:4,973 при заданном 100:5. Далее выполнялось десять контрольных циклов полноценного дозирования материала через смеситель. Спустя необходимое для отверждения компаунда время залитые образцы разрезались, и проверялась однородность отверждения в объеме.
Компоненты исследуемых силиконовых материалов Виксинт К-68 и ПК-68 (см. таблицу) должны смешиваться в массовых пропорциях от 100:6 до 100:4 при их сравнительно низкой вязкости. Для тестовых работ с этими материалами компания Dopag предложила установку Eldomix 103 (рис.4) с широким диапазоном коэффициента смешивания. Она оснащена высокоточными шестеренчатыми насосами и сменным вращающимся статическим смесителем (Rotary-Static), который сочетает преимущества динамического и статического миксеров. Такой миксер отлично смешивает компоненты материала и не требует промывки дорогими растворителями. Для поддержания стабильных характеристик смешиваемого материала основной компонент находился в вакуумируемом баке.
В результате опытных работ получено стабильное качество смешивания и дозирования материалов Виксинт К-68 и ПК-68 для соотношений смешивания компонентов от 100:6 до 100:4 по массе. Фактическая погрешность коэффициента смешивания для материала К-68 составила 1,08%, а для ПК-68 – 0,83%. Компоненты материала были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.5). Отличные результаты теста показали, что установка Eldomix 103 полностью отвечает требованиям к работе с материалами Виксинт К-68 и ПК-68.
Особенность популярных в России материалов ВК-9 и КДС-174 – большая разница в вязкости компонентов. Испытания этих материалов также проводились в системе дозирования Eldomix 103. Оба компонента материала ВК-9 и основной компонент КДС-174 загружались в вакуумируемые баки. Фактическая погрешность коэффициента смешивания для ВК-9 составила 0,96%, а для КДС-174 – 1,40%. Компоненты материала были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.6). Следовательно, установка Dopag Eldomix 103 соответствует и требованиям к работе с материалами ВК-9 и КДС-174.
Материалы Виксинт У-1-18, У-2-28 и У-4-21 активно использовались на российских предприятиях с 1960-х годов. Зачастую их применение жестко закреплено в конструкторской документации. Одно из применений таких материалов – герметизация кабельных разъемов (рис.7). На фото видно множество воздушных полостей в компаунде – результат ручного смешивания и дозирования. Неполное либо пористое заполнение корпуса разъема может привести к "натягиванию" влаги внутрь и, как следствие, коррозии электрических соединений в местах пайки и появлению токов утечки. При автоматизированной заливке разъем заполняется гомогенным материалом без воздушных пузырей.
Коэффициент смешивания компонентов материала Виксинт У-1-18 – 400:1 – удивил даже многое повидавших швейцарских инженеров. Ситуацию усугубляла огромная разница вязкостей основного компонента и катализатора. Система дозирования для этого материала была построена на базе установки Dopag Metadis (рис.8). Она позволяла забирать основной компонент прямо из заводской тары объемом 30 л. В системе использован стандартный статический смеситель. Эта установка может применяться как для заливки изделий, так и в качестве станции подготовки и смешивания компаундов для дальнейшего заполнения картриджей и их локального применения. Доступно мобильное исполнение установки на колесной платформе. Для работы с материалом У-1-18 установку оснастили системой специально разработанных высокоточных дозирующих клапанов.
Для материала Виксинт У-1-18 фактическая погрешность смешивания составила 3,08%, для У-2-28 – 2,76%, а для У-4-21 – 2,89%. Компоненты материалов были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.9). Таким образом, установка Metadis полностью отвечает требованиям к работе с материалами Виксинт У-1-18, У-2-28 и У-4-21. Достигнуть подобной повторяемости при ручном смешивании невозможно.
Для придания специальных свойств отвержденному материалу в двухкомпонентные материалы (чаще всего это эпоксидные компаунды) вводятся наполнители. Как пример, был испытан эпоксидный компаунд КДС-174 с наполнителями. Для этого компания Dopag предложила установку Metamix (рис.10). Ее дозирующие поршневые насосы уверенно работают с абразивными наполнителями, например, с частицами кварца размером до 100 мкм. Сервоприводы насосов управляются независимо, что позволяет гибко регулировать коэффициенты смешивания. Для удаления воздуха из смеси после введения наполнителя основной компонент загружался в вакуумируемый бак (рис.11) со встроенной системой агитации (помешивания) и рециркуляции для предотвращения расслоения смеси и выпадения твердого осадка. Применялся стандартный сменный статический смеситель.
Фактическая погрешность коэффициента смешивания для компаунда КДС-174 с введенной алюминиевой пудрой (30% по массе) составила 1,45%, с кварцевым песком (частицы до 60 мкм, 30% по массе) – 1,24%. Компоненты материалов были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.12).
* * *
Отличные результаты проведенных испытаний показали, что автоматизация применения отечественных двухкомпонентных материалов вполне возможна. Внедрение современных систем подготовки, смешивания и дозирования двухкомпонентных клеев и компаундов позволит российским предприятиям совершить качественный прорыв в производстве специальной техники.
Рассмотренные принципы автоматизации и подходы к проектированию оборудования позволяют решать большинство задач автоматизации применения двухкомпонентных клеев, герметиков и компаундов. После внедрения описанных или аналогичных решений процесс заливки станет контролируемым и стабильным. Автоматизация технологического участка заливки позволит добиться стабильно высокого качества продукции, повысить производительность, обеспечить точность смешивания и дозирования, минимизировать влияние человеческого фактора и снизить технологические потери материала. ⦁
нестабильность свойств компонентов от партии к партии и большие допуски технологических параметров (например, динамической вязкости, соотношения смешивания компонентов и др.);
неудобные пропорции смешивания компонентов. Например, для получения готовой смеси компаунда Виксинт У-1-18 необходимо смешать пасту У-1 и катализатор №18 в массовом соотношении 400:1. И это при огромной разнице в вязкости! Большинство современных импортных материалов, напротив, смешиваются в соотношении 1:1;
необходимость введения в компаунд твердых наполнителей (например, кварц, алюминиевая пудра) для придания дополнительных свойств.
Эти недостатки приводят к сложностям в построении стабильного технологического процесса, большим отходам материала и росту брака. На большинстве производств ручная заливка выполняет-
ся следующим образом: компоненты отмеряются
на весах; затем их сливают в общую тару и смешивают либо вручную, либо с помощью подручных бытовых приборов (рис.1). Приготовленный компаунд загружают в шприц, из которого дозируют в изделие. Такой процесс имеет серьезные недостатки:
из-за человеческого фактора и примитивности оборудования нередко нарушаются пропорции смешивания. Поэтому время отверждения материала колеблется в широких пределах, а в ряде случаев материал вообще не твердеет (рис.2);
при ручном смешивании в смесь нагнетается большое количество воздуха, который затрудняет точное дозирование и попадает в конечное изделие;
сразу же после смешивания компоненты материала начинают реагировать друг с другом. Поэтому со временем (от заливки к заливке) вязкость материала изменяется.
В итоге на предприятии растет брак. И самое главное – полностью удалить из изделия неотвержденный компаунд крайне трудоемко, зачастую невозможно. Соответственно, нельзя и повторно залить его компаундом.
Работать с большинством отечественных двухкомпонентных компаундов на современном импортном оборудовании до недавнего времени было попросту нельзя. Для разрешения сложившейся проблемы специалисты ООО "Остек-Интегра" (Группа компаний Остек) вместе с признанным мировым лидером в области дозирующего оборудования – компанией Dopag (Германия/Швейцария) – провели опытно-проектные работы в области двухкомпонентных систем дозирования. В лабораториях Dopag были испытаны наиболее распространенные и востребованные отечественные двухкомпонентные материалы (рис.3) Виксинт К-68; Виксинт ПК-68; Виксинт У-1-18; Виксинт У-2-28;
Виксинт У-4-21; ВК-9; КДС-174; КДС-174 с алюминиевой пудрой или пылевидным кварцем в качестве наполнителя.
В первую очередь проверялось фактическое соот-
ношение смешивания. Компоненты материала загружались в систему подготовки смешивания и дозирования и вакуумировались в баках установки. Задавались требуемое соотношение объемов смешиваемых компонентов и разовая доза материала. После запуска установки компоненты не поступали в смеситель, а забирались из своих магистралей в отдельные стаканы, содержимое которых затем взвешивалось. Полученные значения сравнивались с заданными, и по результатам десяти измерений вычислялась фактическая абсолютная погрешность коэффициента смешивания. Например, для материала Виксинт К-68 эта величина составила 1,08%. В массовых долях фа-
ктическое соотношение смешивания оказалось в ди-
апазоне 100:5,027 – 100:4,973 при заданном 100:5. Далее выполнялось десять контрольных циклов полноценного дозирования материала через смеситель. Спустя необходимое для отверждения компаунда время залитые образцы разрезались, и проверялась однородность отверждения в объеме.
Компоненты исследуемых силиконовых материалов Виксинт К-68 и ПК-68 (см. таблицу) должны смешиваться в массовых пропорциях от 100:6 до 100:4 при их сравнительно низкой вязкости. Для тестовых работ с этими материалами компания Dopag предложила установку Eldomix 103 (рис.4) с широким диапазоном коэффициента смешивания. Она оснащена высокоточными шестеренчатыми насосами и сменным вращающимся статическим смесителем (Rotary-Static), который сочетает преимущества динамического и статического миксеров. Такой миксер отлично смешивает компоненты материала и не требует промывки дорогими растворителями. Для поддержания стабильных характеристик смешиваемого материала основной компонент находился в вакуумируемом баке.
В результате опытных работ получено стабильное качество смешивания и дозирования материалов Виксинт К-68 и ПК-68 для соотношений смешивания компонентов от 100:6 до 100:4 по массе. Фактическая погрешность коэффициента смешивания для материала К-68 составила 1,08%, а для ПК-68 – 0,83%. Компоненты материала были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.5). Отличные результаты теста показали, что установка Eldomix 103 полностью отвечает требованиям к работе с материалами Виксинт К-68 и ПК-68.
Особенность популярных в России материалов ВК-9 и КДС-174 – большая разница в вязкости компонентов. Испытания этих материалов также проводились в системе дозирования Eldomix 103. Оба компонента материала ВК-9 и основной компонент КДС-174 загружались в вакуумируемые баки. Фактическая погрешность коэффициента смешивания для ВК-9 составила 0,96%, а для КДС-174 – 1,40%. Компоненты материала были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.6). Следовательно, установка Dopag Eldomix 103 соответствует и требованиям к работе с материалами ВК-9 и КДС-174.
Материалы Виксинт У-1-18, У-2-28 и У-4-21 активно использовались на российских предприятиях с 1960-х годов. Зачастую их применение жестко закреплено в конструкторской документации. Одно из применений таких материалов – герметизация кабельных разъемов (рис.7). На фото видно множество воздушных полостей в компаунде – результат ручного смешивания и дозирования. Неполное либо пористое заполнение корпуса разъема может привести к "натягиванию" влаги внутрь и, как следствие, коррозии электрических соединений в местах пайки и появлению токов утечки. При автоматизированной заливке разъем заполняется гомогенным материалом без воздушных пузырей.
Коэффициент смешивания компонентов материала Виксинт У-1-18 – 400:1 – удивил даже многое повидавших швейцарских инженеров. Ситуацию усугубляла огромная разница вязкостей основного компонента и катализатора. Система дозирования для этого материала была построена на базе установки Dopag Metadis (рис.8). Она позволяла забирать основной компонент прямо из заводской тары объемом 30 л. В системе использован стандартный статический смеситель. Эта установка может применяться как для заливки изделий, так и в качестве станции подготовки и смешивания компаундов для дальнейшего заполнения картриджей и их локального применения. Доступно мобильное исполнение установки на колесной платформе. Для работы с материалом У-1-18 установку оснастили системой специально разработанных высокоточных дозирующих клапанов.
Для материала Виксинт У-1-18 фактическая погрешность смешивания составила 3,08%, для У-2-28 – 2,76%, а для У-4-21 – 2,89%. Компоненты материалов были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.9). Таким образом, установка Metadis полностью отвечает требованиям к работе с материалами Виксинт У-1-18, У-2-28 и У-4-21. Достигнуть подобной повторяемости при ручном смешивании невозможно.
Для придания специальных свойств отвержденному материалу в двухкомпонентные материалы (чаще всего это эпоксидные компаунды) вводятся наполнители. Как пример, был испытан эпоксидный компаунд КДС-174 с наполнителями. Для этого компания Dopag предложила установку Metamix (рис.10). Ее дозирующие поршневые насосы уверенно работают с абразивными наполнителями, например, с частицами кварца размером до 100 мкм. Сервоприводы насосов управляются независимо, что позволяет гибко регулировать коэффициенты смешивания. Для удаления воздуха из смеси после введения наполнителя основной компонент загружался в вакуумируемый бак (рис.11) со встроенной системой агитации (помешивания) и рециркуляции для предотвращения расслоения смеси и выпадения твердого осадка. Применялся стандартный сменный статический смеситель.
Фактическая погрешность коэффициента смешивания для компаунда КДС-174 с введенной алюминиевой пудрой (30% по массе) составила 1,45%, с кварцевым песком (частицы до 60 мкм, 30% по массе) – 1,24%. Компоненты материалов были смешаны до однородной гомогенной массы, произошло полное отверждение материала (рис.12).
* * *
Отличные результаты проведенных испытаний показали, что автоматизация применения отечественных двухкомпонентных материалов вполне возможна. Внедрение современных систем подготовки, смешивания и дозирования двухкомпонентных клеев и компаундов позволит российским предприятиям совершить качественный прорыв в производстве специальной техники.
Рассмотренные принципы автоматизации и подходы к проектированию оборудования позволяют решать большинство задач автоматизации применения двухкомпонентных клеев, герметиков и компаундов. После внедрения описанных или аналогичных решений процесс заливки станет контролируемым и стабильным. Автоматизация технологического участка заливки позволит добиться стабильно высокого качества продукции, повысить производительность, обеспечить точность смешивания и дозирования, минимизировать влияние человеческого фактора и снизить технологические потери материала. ⦁
Отзывы читателей
