語言選擇

LSR成型計量及混料系統探究

2023-04-18

　　液體硅橡膠（LSR）是一種雙組分反應性化學品，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升桶或一些醫用級硅酮的小型一次性塑料筒中運送給用戶。
　　在成型過程中，LSR的A&B組分會以1:1的比例混合，產生化學反應，在熱的加速下，從液態轉變為固態。混料機是成型過程中的第一個機械裝置，其次是注塑機和注塑模具。
　　LSR供料裝置
　　計量混合系統的作用
　　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的進料口。即使混合比例稍有偏差，LSR成型后的產品依然能夠產生良好的固化性能（如硬度、撕裂強度和拉伸強度等）。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能夠在±1%范圍內產生我們想要的的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，因此由于計量不準確而造成的剩余的任何一個組分都會被浪費掉。可變比率控制可用于彌補A&B組分之間粘度的差異。
　　計量混合系統的第二個關鍵功能是保持產品的清潔。LSR成型過程理論上是非常清潔的，因為成型過程中所有化學品都是被密封在一個封閉的系統中。環境空氣、灰塵和水分都不會接觸產品。因此，計量混合系統不能產生額外的污染物。其金屬零件必須耐腐蝕，以防生銹。對于醫療應用，接觸材料的金屬應采用衛生級材料，如316以上等級的不銹鋼。材料軟管應內襯聚四氟乙烯或尼龍，因為傳統橡膠內襯液壓軟管可能含有硫，硫會污染硅酮，并可能抑制固化。聚四氟乙烯內襯軟管特別適合醫療應用。當成型植入式醫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。
　　計量混合系統的第三個功能是引入次要成分，如著色劑、殺菌劑等等。計量混合機應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，然后根據注塑機所需要的量精確地輸送給注塑機。
　　第五，計量混合機必須能夠以恒定的壓力向注射機炮筒供應混合后的液態硅膠。在每個周期中，一致的供給壓力將使炮管內填滿相同的體積和壓力的材料，從而產生注射量尺寸的重復性。這一點尤其重要，因為液態硅和熱塑性材料一樣，都有一定的可壓縮性。
　　計量混合系統的基本部件
　　分配高粘度LSR材料需要使用壓盤泵和相關組件。壓盤泵由氣動、電動或液壓驅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的泵壓力隔離，這在監測泵性能方面非常有用。
　　系統中應包括靜態混合器。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組件外的所有組件。
　　兩種類型的系統
　　市面上目前有兩種類型的計量混合系統：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。這種機器在更換材料時要清洗的濕潤部件數量最少。大多數專用的5加侖機器都是這種類型的，因為它們通常用于經常更換材料的場合。
　　無論是使用5加侖或55加侖的機器，直接式設計都能提供最快和最經濟的材料更換性能。在最簡單的形式中，相同的A&B計量泵通過機械連接在一起，并由一個空氣馬達驅動，以產生1:1的比率（如下圖所示）。
　　5加侖直接式計量混合系統
　　下圖顯示了一個更強大的直接式系統。A&B比率控制是通過精密流量計泵送液體來實現的。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。比率控制是閉環的，因為控制電路會根據流量計檢測到的實際流量調整泵速。
　　帶閉環比例控制的系統
　　系統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據。該數據可用于進行比例微調，以便同時用完AB組分中的材料，避免浪費。
　　傳送混合式系統不使用精密流量計。而是將儀表和光學編碼器安裝在每個泵上，以跟蹤其行程。然后，控制系統提示A&B泵通過相同的沖程循環，以達到1:1的比率。該系統適用于磨蝕性硅酮，磨蝕性硅酮會使流量計磨損過快。
　　直接式系統有兩個顯著問題：
　　一是進料喉部的混合料壓力隨著泵的上下循環而變化。需要加裝調壓器，穩定材料壓力。
　　二是當用一套系統給兩臺注射機供料時，壓力機必須聯鎖，以便一次只能給一臺注塑機加料。胸痛不能同時保證兩個供料點的比率。如果一臺注射機必須等待時機單獨加注，則可能會出現一些生產率損失。
　　在傳送混合式設計中，輸送和計量系統、輸送泵都在壓盤系統中。它們能夠單獨的計量并輸送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驅動，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。由于計量泵的機械結構非常簡單，它們在每一個延伸行程上產生的壓力都是相同的。在適當的控制下，進料口處的混合料壓力將在1到2個大氣壓內重復，足以進行任何注塑成型。這種設計不需要材料調壓器，在更換材料時能夠節省維護和清潔時間及成本。進料喉部壓力可在輸送和計量系統的操作界面上編程調整。
　　傳送混合系統
　　當生產需要兩臺或多臺注塑機從一臺輸送泵供料時，可以在每臺壓力機上放置一個計量裝置。由于每個計量裝置都是獨立的運行的，因此注塑機不需要電氣聯鎖。如果兩個桶同時供料，兩個位置的混合比都將是準確的。
　　下圖顯示了帶自動壓盤更換的傳送混合裝置。當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時間，并有助于無人化成型。
　　傳送混合系統通常用于較長的持續運行場合。與直接式系統相比，其更換材料所需的時間更長，浪費的硅酮也更多，這使得直接式系統在短期內更實用。
　　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。下圖顯示了一個機械式計量泵，其中泵的行程長度可以手動調整，以改變計量百分比。泵和進料罐位于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。它在機械上獨立于A-B計量泵，安裝在靜態混合器上。注入器一般使用由氣缸驅動的小直徑柱塞，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，而不是像使用機械泵那樣進行手動機械調整。
　　除了比率容易調節外，這種計量泵也更容易清洗，以適應顏色更改。另外，當同時給兩臺注塑機送料時，只能使用這種計量泵。