Журнал «ИСУП». (Информатизация и системы управления в промышленности)
ИТ, КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Система автоматического смешивания и дозирования высоковязких веществ для герметизации разъемов и электронных блоков

Смешивание отечественных герметиков, компаундов и клеев – процесс, который тяжело поддается автоматизации, поэтому обычно эти материалы смешивают вручную. Российская система «Би-Микс» для смешивания, дозирования и заливки высоковязкими веществами разъемов, электронных блоков, герметизации корпусов автоматизирует данные процессы. В статье рассматриваются компоненты системы: планетарный миксер «Соло-ВКС», экструдер и дозатор, рассказывается об уникальных особенностях их конструкции и возможностях.

ООО «Профессиональное оборудование и технологии», г. Москва

PROTEH.jpg

скачать pdf >>

История развития российской электроники неразрывно связана с историей нашей страны. Производственная ба­за многих российских предприятий бы­ла заложена еще в СССР и основана на советских разработках. В 1990‑х и 2000‑х годах к нам хлынул поток западного оборудования, материалов и технологий, которые применялись на новых и модернизированных производственных площадках. Сейчас, когда поддерживать большинство производственных процессов непросто из-за санкций, актуальным становится вопрос оптимального использования и обслуживания той промышленной ба­зы, которую мы имеем на своей территории. Поэтому инжиниринг новых эксклюзивных продуктов, отвечающих текущим потребностям отечественных производственных площадок, на наш взгляд, одно из главных направлений развития российской электроники.

ООО «Профессиональное оборудование и технологии» (ООО «ПРОТЕХ»), работает на рынке с 2007 го­да и изначально занималось импортом зарубежного оборудования. В настоящее время компания имеет налаженные связи не только с поставщиками, но и с российскими производителями, знает возможности внутреннего рынка. Опираясь на промышленную ба­зу российских подрядчиков, комбинируя оборудование и разработанные для не­го технологии, компания получает эксклюзивный продукт. Инжиниринг позволяет максимально задействовать российские производственные площадки под текущие задачи рынка и создать при этом готовое, работающее техническое решение. Одним из таких решений стала линия «Би-Микс», которая бы­ла создана российскими разработчиками в тесном взаимодействии друг с другом и под руководством специалистов ООО «ПРОТЕХ».


Автоматизация смешивания Виксинтов

На российском рынке представлены материалы для герметизации от разных производителей. Значительную до­лю, которая сегодня увеличилась, составляют отечественные герметики-диэлектрики группы Виксинт. Этот материал был изобретен достаточно давно: первый продукт данной группы появился в 1958 го­ду во ФГУП ВИАМ (название Виксинт представляет собой аббревиатуру от словосочетания «ВИА­Мовс­кая композиция силиконовая, не требующая термоотверждения»). Важной характеристикой этого кремнийорганического герметика являлась вулканизация (отверждение) при комнатной или да­же отрицательной температуре, а не при высокой, как у более ранних герметиков.

Примечательно, что эти герметики изначально бы­ли предназначены для подготовки и нанесения вручную, и, несмотря на промышленные масштабы производства, автоматизация этого процесса не приживалась. Виксинт – многокомпонентное вещество, бόльшую часть которого составляет уплотнительная паста. Перед применением все компоненты необходимо смешать до состояния полной однородности, соблюдая пропорции, указанные в технической документации. Для изготовления более 100 граммов смеси предлагалось использовать традиционную лабораторную мешалку с верхним приводом, но она не позволяла перемешать вязкий состав равномерно (не промешивается у стенок, много материала остается на насадке). К то­му же во время перемешивания с частотой 100 оборотов в минуту и вы­ше, как у лабораторных мешалок, в состав активно просачивается воздух, который оттуда необходимо удалить – провести вакуумизацию (рис. 1).

Ris_1.jpg

Рис. 1. Наглядные результаты смешивания Виксинтов в миксере с вакуумированием и без

Второй тип устройства, который можно было использовать для автоматического смешивания герметиков, это планетарные миксеры зарубежного производства. К ним мы вернемся чуть позже, а по­ка просто скажем, что они то­же зачастую не позволяют добиться оптимальных результатов. Поэтому большинство предприятий до сих пор выполняют перемешивание Виксинтов вручную. В целом этот метод се­бя оправдывает: вручную можно изготовить герметик-диэлектрик требуемого качества. Однако на ручной труд затрачивается много времени, необходим скрупулезный контроль рабочего процесса, а качество продукта не отличается стабильностью. Проще говоря, периодически партия приготовленного герметика отправляется в брак.

Коллектив компании «ПРОТЕХ», которая 15 лет работает на рынке технического оснащения производств, поставил перед собой амбициозную задачу: автоматизировать процесс приготовления герметиков‑диэлектриков ти­па Виксинт. Для этого решено бы­ло разработать планетарный миксер – именно разработать, а не использовать готовый, потому что ни один зарубежный планетарный миксер не позволял добиться необходимого качества смеси.

Для создания нового оборудования представители компании «ПРОТЕХ» обратились к директору фирмы ООО «Вельтпласт» Дмитрию Александровичу Шаповалову – изобретателю и руководителю производства. Совместно со специалистами ООО «Вельтпласт» разрабатывалась оригинальная конструкция планетарного миксера «Соло-ВКС». А параллельно проводились важнейшие исследования, результаты которых учитывались при разработке конструкции миксера: изучались химико-физические свойства Виксинтов под воздействием разных температур, давлений и других параметров. К этой большой теоретической работе, которая проводилась под руководством инженера проекта Алексея Петровича Горбача, сотрудника ООО «ПРОТЕХ», бы­ли привлечены российские физики, химики и сотрудники лабораторий.


Планетарный миксер для смешивания герметиков, компаундов и клеев «Соло-ВКС»

Рассмотрим подробней конструкцию и особенности нового устройства. Планетарным миксер назван потому, что напоминает движение планет Солнечной системы: емкость со смесью (банка) вращается вокруг оси центрифуги, а также вокруг собственной оси. Перемешивание происходит под воздействием гравитационных сил. При этом необходимо добиться довольно высокого уровня перегрузки по основному ва­лу (вокруг вертикальной оси центрифуги), иначе перемешивания не произойдет.

Достичь нужного уровня перегрузки можно двумя способами. Первый – увеличить скорость вращения основного ва­ла, по этому пути пошли производители практически всех миксеров для планетарного смешивания. Разработчики ООО «­ПРОТЕХ» и «Вельт­пласт» использовали другой способ: увеличили плечо – расстояние центра емкости от центральной оси миксера. Чем плечо длиннее, тем меньшая скорость вращения нужна для необходимого уровня перегрузок.

Но самое главное – это скорость вращения банки вокруг своей оси. При быстром вращении перемешиваемая смесь выделяет тепло. Чем выше количество оборотов в минуту, тем интенсивней выделяется тепло и, соответственно, сокращается жизнеспособность материала, ведь при повышении температуры отвердение герметика происходит быстрей. В миксерах зарубежного производства этот показатель (время жизнеспособности материала) практически невозможно регулировать. Вторичный вал (вращение банки) конструктивно жестко привязан к первичному ва­лу (центрифуга), поэтому скорость вращения банки напрямую зависит от скорости вращения основного ва­ла. Например, в миксере THINKY ARE‑310 отношение скорости вращения основного ва­ла к скорости вращения банки вокруг своей оси составляет 1:2,5, то есть банка вращается заведомо быстрей. Такая жесткая зависимость сказывается на качестве полученного продукта. Иногда смесь получается неплохо, но повторяемость хороших результатов невысокая. А в некоторых случаях оптимальный режим смешивания из-за негибкости решения вообще невозможно подобрать.

Разработчики планетарного миксера «Соло-ВКС» пошли принципиально иным путем: сделали скорость вращения вторичного вала независимой, тем самым значительно расширив возможности системы. Увеличивая или уменьшая скорость вращения емкости, а также время смешивания, можно регулировать жизнеспособность герметика в зависимости от принятого на предприятии техпроцесса. Ведь кто-то использует герметик сразу после приготовления, а кто-то, приготовив большую партию, упаковывает Виксинт в картриджи и, например, отдает в соседний цех для дальнейшей работы.

Смешивание Виксинтов У‑1‑18 и У‑2‑28 на миксере «Соло-ВКС» достигается при следующих режимах:
- скорость основного вала: 500 оборотов в минуту;
- скорость вращения банки: 25 оборотов в минуту;
- время: 3 минуты.

Регулируя эти параметры, можно управлять временем жизнеспособности материалов. Еще одной особенностью является осуществление вакуумирования непосредственно в процессе смешивания, проводить вакуумирование дополнительно не требуется.

Планетарный миксер «Соло-ВКС» позволяет ускорить и улучшить качество смешивания следующих материалов отечественного производства:
- Виксинт У‑1-18, У‑2-28, У‑4‑21, ПК‑68, К‑68 Б (рис. 2а);
- компаунд электроизоляционный заливочный ЭЗК‑6 (рис. 2б);
- компаунд КПТД‑1/1Т (рис. 2в);
- пенокомпаунд эпоксидный ПЭК‑74 (рис. 2г);
- герметик ВИТЭФ‑1НТ;
- клей ВК‑9 и др.

Ris_2.jpg

Рис. 2. Результат автоматизированного смешивания: а – Виксинт К‑68 Б; б – компаунд электроизоляционный заливочный ЭЗК‑6; в – компаунд КПТД‑1/1Т Номакон; г – пенокомпаунд эпоксидный ПЭК‑74


Дозирование готового герметика

Планетарный миксер «Соло-ВКС» можно использовать самостоятельно. Но лучше применять его в составе системы «Би-Микс» (рис. 3), в которую наряду с миксером включены экструдер и дозатор, а также набор расходных материалов.

Ris_3.jpg

Рис. 3. Система автоматического смешивания и дозирования герметиков, компаундов и клеев «Би-Микс»: планетарный миксер, экструдер, дозатор

Фасовка герметика по картриджам (или шприцам), если она необходима, то­же является критической операцией, которая может свести на нет все усилия по смешиванию материала, потому что во время выдавливания готовой массы в картридж может произойти подмешивание воздуха. Поставив перед собой задачу автоматизировать данный процесс, специалисты компании «ПРОТЕХ» обратились к директору российского предприятия НТФ «Техно-Альянс Электроникс» Евгению Валерьевичу Шулику – разработчику с огромным опытом. Компания НТФ «Техно-Альянс Электроникс» занимается разработкой оборудования марки «Термопро» для оснащения участков мелкосерийного монтажа печатных узлов: это термостолы, дозаторы и другие изделия, в том числе нестандартные, выполненные по индивидуальному заказу. Евгению Валерьевичу бы­ла хорошо известна и понятна проблематика изготовления и дозирования герметика. В этой компании под руководством ООО «ПРОТЕХ» был изготовлен комплекс оборудования для автоматической линии дозирования герметика в шприцы или заливки непосредственно в разъемы – система «Би-Микс».

Работает линия следующим образом: после миксера банка с материалом перемещается в экструдер, где происходит переупаковка материала в технологические шприцы. Материал закачивается в картридж через носик, чтобы избежать подмеса воздуха. При необходимости технологические шприцы можно доработать, чтобы ускорить технологический процесс и уменьшить давление на материал высокой вязкости. Пневматический дозатор ND‑350, с помощью которого выполняется заливка материала, значительно облегчает работу оператора. Требуется два ра­за нажать на педаль: один раз для начала подачи материала в шприц или картридж, второй – для завершения процесса.

Вся соль изобретения в том, что система «Би-Микс» – не просто оборудование. Она всегда требует тщательной проработки технологии под материал и задачи предприятия. При автоматизации всплывает множество нюансов, работой с которыми производители не занимаются (и не должны заниматься). Поэтому под каждую поставку линии инженеры ООО «ПРОТЕХ» прорабатывают режимы и оснастку (рис. 4).

Ris_4.jpg

Рис. 4. В процессе пусконаладки технологической линии «Би-Микс»

«Би-Микс» – простая и удобная система заливки с высокой повторяемостью. На данный момент она успешно функционирует на ря­де российских предприятий, в том числе ВПК. Линия отлично зарекомендовала се­­бя при работе с компаундами ЭЗК‑6, КПТД‑1/1Т Номакон, Виксинтами К‑68 Б, У‑1‑18, У‑2‑28 и ПК‑68, эпоксидным пенокомпаундом ПЭК‑74, теплопроводящим компаундом Силагерм 2113‑27, высокотемпературным стеклогерметиком для батарей топливных элементов и др. Ссылка на видео, демонстрирующее заливку компаундом Силагерм 2113‑27, приведена на рис. 5. 

Ris_5.png

Рис. 5. Ссылка на видео «Заливки изделия компаундом Силагерм 2113-27 марки B с помощью линии “Би-Микс”»

Рассмотрим несколько примеров внедрения системы и проработки технологии под конкретный материал и производственные потребности.


Примеры применения

Внедрение технологической линии для работы с Виксинтом ПК-68 и компаундом ЭЗК-6

В июне 2022 года бы­ла запущена десятая по счету линия подготовки и заливки герметиков, компаундов и клеев «Би-Микс». Ей предстояло работать с Виксинтом ПК‑68 и электроизоляционным заливочным компаундом ЭЗК‑6, которые использовались в технологическом процессе заказчика.

Особенностью Виксинта ПК‑68 является его текучесть, он очень жидкий по сравнению Виксинтами У‑1‑18 и У‑2‑28, а потому требует меньшего давления и не требует вакуумирования. Специально для этого материала доработали поршень.

Электроизоляционный заливочный компаунд ЭЗК‑6 то­же не требует вакуумирования, а кроме то­го, технологический процесс не предусматривает его заправки в шприцы. Поэтому разработчики нашли простое решение: использовали в качестве емкостей для смешивания одноразовые стаканчики для ко­фе и чая. Оснастка оборудования позволяет использовать такую доступную и экономичную посуду. После использования стаканчики выбрасываются, очистка им не нужна.


Ускорение процесса смешивания высокотемпературного стеклогерметика

Другой пример связан с экспериментами по приготовлению герметика. Разработчики ООО «ПРОТЕХ» замешивали пасту высокотемпературного стеклогерметика для батарей топливных элементов. В состав пасты входит стекло (собственно герметик), терпинеол и поливинилбутираль. Для ускорения смешивания в пасту были добавлены керамические ша­ры. Смешивание в планетарном миксере «Соло-ВКС» занимает 3 минуты вместо 15, которые предприятие тратит, используя мельницу.

После смешивания пасту не сушат и не выдерживают, однако она стабильна в течение нескольких недель. Пасту наносят давлением воздуха через коническую иглу по запрограммированному маршруту на стальную пластину, затем сушат от растворителя. После этого соединяют две такие пластины герметиком под пригрузом и нагревают до 900–1050 °C. Органика разлагается и испаряется, стекло расплавляется, образуя тонкий газоплотный слой между пластинами.

Именно так, шаг за шагом, происходит оптимизация производственных процессов.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 1(103)_2023

ООО «Профессиональное оборудование
и технологии», г. Москва,
тел.: +7 (495) 662‑9625,
e‑mail: info@protehnology.ru,
сайт: protehnology.ru



Реклама. ООО «НПО РИЗУР»   ИНН 6234114269  LjN8KASZz

Реклама. ООО «НПО РИЗУР»   ИНН 6234114269  LjN8KASZz