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LSR成型計量及混料系統(tǒng)探究
2023-04-18
液體硅橡膠(LSR)是一種雙組分反應(yīng)性化學(xué)品,具有一定的粘性、稠度類似于漿糊。LSR在成型前A&B組分會分別裝在20升桶、200升桶或一些醫(yī)用級硅酮的小型一次性塑料筒中運(yùn)送給用戶。
在成型過程中,LSR的A&B組分會以1:1的比例混合,產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),在熱的加速下,從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)?;炝蠙C(jī)是成型過程中的第一個機(jī)械裝置,其次是注塑機(jī)和注塑模具。
LSR供料裝置
計量混合系統(tǒng)的作用
計量混合裝置的主要功能是比率控制,即將精確計量的1:1(或50:50)A&B物料按比例輸送到注射機(jī)的進(jìn)料口。即使混合比例稍有偏差,LSR成型后的產(chǎn)品依然能夠產(chǎn)生良好的固化性能(如硬度、撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度等)。例如,LSR的固化特性通常在52:48或48:52的比率下與50:50比例下的相同。
即便如此,我們依然希望計量混合機(jī)能夠在±1%范圍內(nèi)產(chǎn)生我們想要的的50:50比率。這是由于我們在購買原材料的時候,一般A&B部件的購買量都會相等,因此由于計量不準(zhǔn)確而造成的剩余的任何一個組分都會被浪費(fèi)掉??勺儽嚷士刂瓶捎糜趶浹a(bǔ)A&B組分之間粘度的差異。
計量混合系統(tǒng)的第二個關(guān)鍵功能是保持產(chǎn)品的清潔。LSR成型過程理論上是非常清潔的,因?yàn)槌尚瓦^程中所有化學(xué)品都是被密封在一個封閉的系統(tǒng)中。環(huán)境空氣、灰塵和水分都不會接觸產(chǎn)品。因此,計量混合系統(tǒng)不能產(chǎn)生額外的污染物。其金屬零件必須耐腐蝕,以防生銹。對于醫(yī)療應(yīng)用,接觸材料的金屬應(yīng)采用衛(wèi)生級材料,如316以上等級的不銹鋼。材料軟管應(yīng)內(nèi)襯聚四氟乙烯或尼龍,因?yàn)閭鹘y(tǒng)橡膠內(nèi)襯液壓軟管可能含有硫,硫會污染硅酮,并可能抑制固化。聚四氟乙烯內(nèi)襯軟管特別適合醫(yī)療應(yīng)用。當(dāng)成型植入式醫(yī)療部件或接觸血液或藥物的部件的時候,硅的純度是特別重要的指標(biāo)。
計量混合系統(tǒng)的第三個功能是引入次要成分,如著色劑、殺菌劑等等。計量混合機(jī)應(yīng)能在需要時以所需的比率和精度添加第三和第四組分。
第四,計量混合系統(tǒng)必須徹底混合A&B組分以及少量的第三和第四組分,然后根據(jù)注塑機(jī)所需要的量精確地輸送給注塑機(jī)。
第五,計量混合機(jī)必須能夠以恒定的壓力向注射機(jī)炮筒供應(yīng)混合后的液態(tài)硅膠。在每個周期中,一致的供給壓力將使炮管內(nèi)填滿相同的體積和壓力的材料,從而產(chǎn)生注射量尺寸的重復(fù)性。這一點(diǎn)尤其重要,因?yàn)橐簯B(tài)硅和熱塑性材料一樣,都有一定的可壓縮性。
計量混合系統(tǒng)的基本部件
分配高粘度LSR材料需要使用壓盤泵和相關(guān)組件。壓盤泵由氣動、電動或液壓驅(qū)動的柱塞提供所需的壓力,通過壓盤入材料容器,并對壓盤下的硅膠加壓。壓力迫使粘性硅酮進(jìn)入壓盤中心的流道,通過泵的下剛體輸送出去。壓盤上的密封圈可有效防止材料泄漏并阻止污染物進(jìn)入容器。
A&B和其他組分的軟管將材料從計量泵輸送到歧管組件。歧管為每種組分配備了止回閥,以防止回流,回流會在軟管中留下硫化橡膠。止回閥還將歧管壓力與單獨(dú)的泵壓力隔離,這在監(jiān)測泵性能方面非常有用。
系統(tǒng)中應(yīng)包括靜態(tài)混合器。雖然注射的螺桿有一定的混合作用,但最好在材料進(jìn)入螺桿之前就能良好的混合。第三和第四也可能需要額外的混合。
水冷夾套可用于混合物料流中除篩網(wǎng)組件外的所有組件。
兩種類型的系統(tǒng)
市面上目前有兩種類型的計量混合系統(tǒng):直接式和傳送混合式。計量泵從滾筒中抽取液體,并通過軟管將其計量至歧管和混合器總成。
對于直接式系統(tǒng)而言,唯一被浸濕的部件是以下板、泵、軟管、歧管、混合器,可能還有精密流量計。這種機(jī)器在更換材料時要清洗的濕潤部件數(shù)量最少。大多數(shù)專用的5加侖機(jī)器都是這種類型的,因?yàn)樗鼈兺ǔS糜诮?jīng)常更換材料的場合。
無論是使用5加侖或55加侖的機(jī)器,直接式設(shè)計都能提供最快和最經(jīng)濟(jì)的材料更換性能。在最簡單的形式中,相同的A&B計量泵通過機(jī)械連接在一起,并由一個空氣馬達(dá)驅(qū)動,以產(chǎn)生1:1的比率(如下圖所示)。
5加侖直接式計量混合系統(tǒng)
下圖顯示了一個更強(qiáng)大的直接式系統(tǒng)。A&B比率控制是通過精密流量計泵送液體來實(shí)現(xiàn)的。來自流量計的信號由可編程邏輯控制器處理,以保持1:1的比率。比率控制是閉環(huán)的,因?yàn)榭刂齐娐窌鶕?jù)流量計檢測到的實(shí)際流量調(diào)整泵速。
帶閉環(huán)比例控制的系統(tǒng)
系統(tǒng)增加了線性傳感器以料筒的液面位置,以提供A&B組分在桶中的殘余量數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可用于進(jìn)行比例微調(diào),以便同時用完AB組分中的材料,避免浪費(fèi)。
傳送混合式系統(tǒng)不使用精密流量計。而是將儀表和光學(xué)編碼器安裝在每個泵上,以跟蹤其行程。然后,控制系統(tǒng)提示A&B泵通過相同的沖程循環(huán),以達(dá)到1:1的比率。該系統(tǒng)適用于磨蝕性硅酮,磨蝕性硅酮會使流量計磨損過快。
直接式系統(tǒng)有兩個顯著問題:
一是進(jìn)料喉部的混合料壓力隨著泵的上下循環(huán)而變化。需要加裝調(diào)壓器,穩(wěn)定材料壓力。
二是當(dāng)用一套系統(tǒng)給兩臺注射機(jī)供料時,壓力機(jī)必須聯(lián)鎖,以便一次只能給一臺注塑機(jī)加料。胸痛不能同時保證兩個供料點(diǎn)的比率。如果一臺注射機(jī)必須等待時機(jī)單獨(dú)加注,則可能會出現(xiàn)一些生產(chǎn)率損失。
在傳送混合式設(shè)計中,輸送和計量系統(tǒng)、輸送泵都在壓盤系統(tǒng)中。它們能夠單獨(dú)的計量并輸送A&B組分的材料,不受相互的影響和干擾。計量裝置是一個雙套單作用活塞泵,一般由一個普通氣缸或伺服電機(jī)驅(qū)動,以提供固定的1:1比率。計量室在回縮行程時填充,在伸出行程時分配。由于計量泵的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單,它們在每一個延伸行程上產(chǎn)生的壓力都是相同的。在適當(dāng)?shù)目刂葡?,進(jìn)料口處的混合料壓力將在1到2個大氣壓內(nèi)重復(fù),足以進(jìn)行任何注塑成型。這種設(shè)計不需要材料調(diào)壓器,在更換材料時能夠節(jié)省維護(hù)和清潔時間及成本。進(jìn)料喉部壓力可在輸送和計量系統(tǒng)的操作界面上編程調(diào)整。
傳送混合系統(tǒng)
當(dāng)生產(chǎn)需要兩臺或多臺注塑機(jī)從一臺輸送泵供料時,可以在每臺壓力機(jī)上放置一個計量裝置。由于每個計量裝置都是獨(dú)立的運(yùn)行的,因此注塑機(jī)不需要電氣聯(lián)鎖。如果兩個桶同時供料,兩個位置的混合比都將是準(zhǔn)確的。
下圖顯示了帶自動壓盤更換的傳送混合裝置。當(dāng)其中的一個材料用完時,操作員無需在場更換桶。這樣就消除了更換料筒的停機(jī)時間,并有助于無人化成型。
傳送混合系統(tǒng)通常用于較長的持續(xù)運(yùn)行場合。與直接式系統(tǒng)相比,其更換材料所需的時間更長,浪費(fèi)的硅酮也更多,這使得直接式系統(tǒng)在短期內(nèi)更實(shí)用。
添加顏料和添加劑
顏料和自放氣液是最常見的LSR添加劑。添加比例通常在A&B組份體積的0.5%到5%之間。測量精度要求為±0.2%。
一般會使用兩種形式的添加劑計量泵。下圖顯示了一個機(jī)械式計量泵,其中泵的行程長度可以手動調(diào)整,以改變計量百分比。泵和進(jìn)料罐位于A-B計量裝置上,顏料通過軟管輸送至混合歧管。
機(jī)械式計量泵
第二種計量泵稱為彩色注射器,如下圖所示。它在機(jī)械上獨(dú)立于A-B計量泵,安裝在靜態(tài)混合器上。注入器一般使用由氣缸驅(qū)動的小直徑柱塞,向混合器中注入小而精確的顏料。相對于A-B體積,注射量的大小和頻率決定了顏料的百分比。
彩色注射器
操作員在電子屏幕上輸入混料尺寸和所需的顏色百分比,而不是像使用機(jī)械泵那樣進(jìn)行手動機(jī)械調(diào)整。
除了比率容易調(diào)節(jié)外,這種計量泵也更容易清洗,以適應(yīng)顏色更改。另外,當(dāng)同時給兩臺注塑機(jī)送料時,只能使用這種計量泵。
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