利用先进的粘度控制优化热熔胶 (HMA) 工艺

目录

• 1. 引言
• 2。 行业概况
• 2.1 热熔胶HMA
• 2.2 热熔胶的类型
• 2.3 热熔胶生产工艺
• 2.4 关键监测参数
• 3. Rheonics 在线粘度计
• 3.1 HMAs生产工艺中的SRV粘度计安装
• 3.2 在线粘度监测的优势
• 4。 参考

热熔胶 (HMA) 是由聚合物、树脂、蜡和添加剂组成的复杂配方，赋予其独特的性能。客户依赖于这种胶粘剂在其应用领域（例如包装、装订、产品组装等）的稳定性能。因此，在线监测其成分对于质量保证至关重要。粘度是监测 HMA 生产的关键参数，其原因多种多样，影响着从原材料质量到最终产品性能和生产效率的各个方面。

热熔胶 (HMA) 或称“热胶”是一种热塑性聚合物胶粘剂，在室温下呈固态，加热后变为熔融液体。加热通常使用热风枪或类似设备进行，这些设备将固态胶粘剂转化为熔融或液态，并通过冷却和固化形成粘合。这种纯粹通过热量损失固化的机制是 HMA 的基本特性和主要优势，因为它省去了溶剂型或水基胶粘剂体系通常需要的干燥或固化步骤 [1]。

HMA 具有使其成为广泛使用的粘合剂的关键特性：

• 设定速度快： 涂抹后数秒内即可形成粘合。
• 无溶剂成分： 减少或消除挥发性有机化合物 (VOC) 的排放。
• 基材粘合的多功能性： 多孔（例如纸张、木材）和无孔基材（例如塑料、金属）。
• 适合填补空隙使用： 冷却后收缩极小或不收缩
• 保质期长： 固态 HMA 易于储存和运输，且只需满足最低限度的要求即可保持其特性
• 不同的呈现方式： 通常用作胶棒，但也可用作颗粒、碎片、枕状、块状和板条。

 

热熔胶 (HMA) 的类型主要根据其 主要基础聚合物这是因为基础聚合物构成了粘合剂的“骨架”，并在很大程度上决定了其基本特性，例如 强度、柔韧性、对不同基材的附着力、热稳定性（在高温或低温下的性能）、耐化学性、熔体粘度、成本和开放时间虽然增粘剂、蜡、增塑剂和其他添加剂对于微调特定的性能特征至关重要，但基础聚合物提供了 HMA 的固有能力。

HMA聚合物基质	主要特征	典型熔融粘度范围（指定温度下的 cP）	典型应用温度范围 (°C/°F)	常见的应用
EVA（乙烯-醋酸乙烯酯）	成本低、用途广泛、对纤维素材料有良好的附着力、快速固化、通常易于加工	500 - 5,000 cP（典型值，变化范围很大）	150-180°C / 302-356°F	包装、木工、装订、组装
PE（聚乙烯）	适用于多孔基材（纸箱），热稳定性好，气味小，防潮	1,000-3,000 cP	160-190°C / 320-374°F	包装（纸箱密封）
APAO（无定形聚α烯烃）	耐热性高、粘性好、柔软、有弹性、热稳定性好、可粘合难粘合的基材	500 - 15,000+ cP	160-190°C / 320-374°F	卫生产品、汽车、纺织品、产品组装（塑料、泡沫）
mPO（茂金属聚烯烃）	性能精确、材料使用减少、热稳定性好、气味小、拉丝最少、耐极端温度，某些等级提供可再生内容。	500-5,000 cP	150-180°C / 302-356°F	包装（食品、冷冻至微波炉）、组装、无纺布
PA（聚酰胺）	耐高温、耐高温应用、耐油/耐化学性、对金属和某些塑料有良好的附着力，价格昂贵	2,000 - 10,000+ cP（通常更高）	185-215°C+/365-419°F+	汽车、电子、高要求木工、过滤器
PUR（聚氨酯反应性）	粘合力极强，湿气固化（交联），优异的耐热性/耐化学性，柔韧性好，价格较高	2,000 - 60,000+ cP	100-140°C / 212-284°F	木工、建筑、汽车、电子、书籍装订、产品组装
SBC（苯乙烯嵌段共聚物）	橡胶基，良好的低温柔韧性，高伸长率，常用于压敏胶（PSA）	500 - 50,000+ cP（用于PSA）	150-180°C / 302-356°F	胶带、标签、卫生用品、弹性附件

HMA 的生产会根据所需粘合剂的类型而有所不同。图 3 展示了一个生产流程示例，其中粘合剂在罐中进行混合，然后熔融的物料被泵送通过单螺杆挤出机和模具，最终成型。最后，HMA 用水浴冷却，并最终切割成所需的长度。接下来，我们将介绍主要步骤。

原料准备

根据热熔胶的配方，精心挑选并精确计量特定的原材料。根据预期用途和所需的性能特征，选择不同的固态聚合物、增粘剂、蜡和添加剂。

熔化和混合

然后将固体原料转移至带夹套的混合容器或反应器中，以达到所需的熔融温度。或者，也可以在双螺杆挤出机中进行混合，并在之后进行最终挤出。

在混合过程中，材料被加热到特定温度（通常在100°C至235°C之间，具体取决于配方）。加热后，维持聚合物链的分子间作用力减弱，使材料流动，形成熔融的可流动状态，即所谓的液化材料。[3] 正是基于这种材料状态，我们才能获取、评估和表征关键工艺参数，以确保生产质量。

挤出机中的搅拌器或螺杆确保所有成分充分均匀地混合。这一熔融和混合步骤对于最终产品获得稳定的质量、粘度和功能至关重要。

重要提示：热熔胶 (HMA) 的独特之处在于 100% 固体 和 不要使用水或溶剂作为载体。这是一个主要优势，因为它省去了干燥或固化步骤，并减少了与挥发性有机化合物 (VOC) 相关的环境问题。这是一种热塑性聚合物，这意味着它们在加热时会变成塑性或可塑性，在冷却时会固化。

注意：大多数热熔胶 热塑性的，这意味着它们在高温下会变成液体，在冷却下会凝固。它们也具有可逆性；这意味着如果重新加热到足够高的温度，它们会再次熔化并失去内部强度。

为了避免在高温下失去粘合强度（除非需要可逆性），粘合剂的聚合物分子需要 化学交联 固化后。这种交联使粘合更持久，更耐热。这是通过添加 特定反应组分 在混合过程中加入到胶粘剂配方中。冷却后发生这种化学反应的热熔胶被称为 反应型热熔胶聚氨酯反应性 (PUR) 热熔胶是反应性 HMA 的一个例子。

脱气

在某些情况下，尤其是在气泡可能对性能产生负面影响的应用中，需要进行脱气步骤。这包括对容器中熔融的粘合剂混合物施加真空，以去除任何残留的空气或挥发性成分。

过滤

熔融的粘合剂可以通过过滤系统。这可以去除任何杂质、未溶解的颗粒或异物，确保最终产品的纯度和质量。

挤压和冷却

熔融的粘合剂随后通过模具挤出成所需形状，例如颗粒、碎片、块状、条状或片状。成型后，热熔粘合剂会立即快速冷却，通常使用冷却带或水浴。快速冷却使粘合剂固化成固体形态。

包装

一旦热熔胶通过所有质量控制检查，就会被包装到适合分销和应用的各种容器中，例如袋子、桶、筒或其他特殊形式，具体取决于最终用户的需求。

热熔胶的多种性能特性对于确保生产过程顺畅高效并达到预期的粘合质量至关重要。生产中的关键参数是在液化材料状态下测量的，而其他测试则使用固体原材料和最终胶粘剂进行，这些参数被称为选择标准参数[3]。

温度：
混合温度对于确保所有成分均匀熔融和混合至关重要。熔融温度是指挤出或包装前熔融粘合剂的温度，它会影响最终的粘度和可加工性。

粘度： 粘度定义为熔融胶粘剂的流动阻力，至关重要。它决定了胶粘剂的泵送和涂覆难易程度、其润湿基材表面以实现良好粘合的能力，以及对胶珠尺寸或喷涂模式的控制。粘度与温度高度相关；温度升高通常会导致粘度降低。在混合过程中以及挤出前，粘度失控或超出规格是导致许多生产线问题（从涂覆不一致到粘合失败）的主要原因。

混合速度/剪切： 混合强度对于均匀性至关重要，因此必须控制混合强度以确保组分均匀分散，而不会降解剪切敏感聚合物。

压力： 在挤出机或混合容器内进行监控，以确保物料顺畅流动并防止堵塞。当需要真空时，真空压力至关重要。

对于最终产品，在挤压后，需要评估其他参数，例如：

软化点： 这是固体热熔胶 (HMA) 开始软化、流动或塑性化的温度。它主要取决于配方中基础聚合物的类型以及蜡的用量和类型。软化点决定了最低施工温度，并影响最终粘合组件的耐热性。

开放时间： 这是指熔融的粘合剂涂覆到第一层基材后，允许的最大时间，在此期间第二层基材必须接触到第一层基材才能形成令人满意的粘合效果[4]。开放时间必须与组装工艺的速度和工艺流程仔细匹配。如果开放时间过短，会导致润湿性差和粘合强度低。如果开放时间过长，可能会影响生产速度，或者在粘合固化之前零件可能会发生移位。

设置时间（设置速度）： 这是热熔胶 (HMA) 充分冷却和固化所需的时间，以形成具有可接受强度的粘合，从而使组装好的部件能够被搬运或移至下一生产阶段。快速固化是热熔胶 (HMA) 的主要优势之一，有助于提高生产速度。

适用期稳定性： 该特性描述了热熔胶 (HMA) 在应用设备的储罐或容器中长时间处于熔融状态时，维持其指定特性（例如粘度、颜色、不烧焦或不凝胶化）的能力。适用期短会导致粘合剂降解，从而造成喷嘴堵塞、应用质量不稳定以及设备维护成本增加。HMA 配方中通常会添加抗氧化剂，以提高适用期稳定性。

Rheonics SRV 是一款在线过程粘度计，可实时测量各种粘度和温度。它适合安装在混合罐、储罐和管道中，用于连续测量过程流体。 Rheonics SRV 适用于高速混合过程，并且不受流体中气泡或外部振动的影响。

Rheonics 传感器基于获得专利的平衡扭转谐振器 (BTR) 技术，该技术使探头紧凑、轻便，但对于工业环境却坚固耐用，并且兼容高温应用（高达 285°C）、真空和高压应用。 Rheonics SRV 没有活动部件，它是一个采用 316L 不锈钢润湿材料制成的密封探头。

SRV 传感器提供多种探头型号，长度和工艺连接方式各异，确保轻松安装，适用于各种应用。所有 SRV 探头均采用相同的传感元件，从而可在生产过程中轻松扩展。

如前所述，粘度是 关键参数 对于热熔胶 (HMA) 来说，因为它直接影响其加工性能、应用性能以及最终的粘结强度。通过使用 Rheonics SRV在线粘度计，粘度和温度均可在线监测，特别推荐在混炼和挤出过程中使用，如图3.t所示。

罐内安装

Rheonics SRV 可以从底部、壁面或顶部安装在储罐中。这取决于储罐的设计，例如尺寸、夹套壁和搅拌轴的干扰等，以及用户的偏好，例如可达性、安装的简易性等。

为了在罐内正确安装 SRV 传感器以监测 HMAs 生产，应遵循以下建议：

• 确保传感元件与熔融材料接触。如果从罐顶安装，可能需要使用 长插入SRV. 在墙壁和底部安装时，应避免出现死区，因为死区会导致影响传感区域的停滞区 - 参见图 5。
• 确保 SRV 探头不会被罐内的混合轴损坏。

  

   

在线安装

用于将热熔胶从混合罐输送到挤出机的管线需要保持高温高压，以确保流体特性的恒定。为此，管道采用夹套式设计，并使用正排量泵，例如齿轮泵或活塞泵。齿轮泵更适合用于确保平稳连续的流动，而活塞泵则可以在管线中保持高压，但会产生轻微的脉动流。

Rheonics SRV 即使在高温高压条件下也适用于管道内安装。SRV 适用于静态和流动流体，且在脉动流下也不会出现操作问题。建议将 SRV 安装在热熔胶 (HMA) 管道的弯头内，探头方向与流体流动方向相反。

安装在小管线或旁路管线中

在热熔胶生产中，通常会使用连接到主管线的小型或旁路管线来取样并研究流体的流变特性。在这些管线中，保持流体一定的压力和温度至关重要。

在这种情况下， Rheonics 提供以下配件：

1. 流动池： 查看所有 SRV 在线流动池.
2. 加热室： Rheonics STCM-IFP 是一个直列式腔室，可以进行温度控制和良好的温度隔离，并保持流体的温度。

   

• 实时反馈和控制：

  与提供延迟结果的离线实验室测试不同， Rheonics 在线 SRV 粘度计提供 瞬时、连续数据这使得操作员能够精确地看到原材料添加和混合时粘度的变化情况。这使得 立即调整 处理温度、混合速度甚至原材料进料速率等参数。

• 轻松的数据集成：

  Rheonics SRV 使用强大的电子设备，称为 SME该设备从传感器探头读取读数，并输出测量的粘度和温度。它还原生运行多种工业通信协议，例如 Modbus、Profinet、以太网/IP、 HART等，以便与本地监控系统集成。

• 提高产品一致性和质量：

  通过在生产过程中严格控制粘度，制造商可以显著 减少批次间差异这使得产品质量更加稳定，不合格批次减少，最终使客户更加满意。

• 优化生产效率：

  及早发现偏差意味着可以在整批产品被毁之前纠正问题， 减少浪费 昂贵的原材料和能源。

  能源优化： 了解准确的粘度可以优化混合能量输入和加热，从而可能节省能源。

• 流程理解和故障排除：

  Rheonics SRV 提供 全面的历史记录 热熔胶（HMA）的粘度和温度。这些数据对于流程优化、趋势识别以及快速诊断可能出现的任何生产问题的根本原因至关重要。

• 减少人工干预并提高安全性：

  自动在线测量减少了手动取样的需求，由于熔融热熔胶 (HMA) 温度较高，手动取样可能存在危险。此外，它还能释放劳动力，用于其他工作。

[1]：热熔胶的特性、类型和应用

[2]：热熔胶

[3]： https://www.klebstoffe.com/wp-content/uploads/2020/04/TKH_4_englisch.pdf

[4]： 什么是热熔胶（HMA）？