Дослідження процесу утворення термоклейового з’єднання

Abstract

Мета роботи – розробити числовий метод прогнозування товщини та ширини термоклейового шва під дією механічного зусилля та охолодження, а також дослідити вплив притискного зусилля та витрати термоклею на ширину шва, яка впливає на міцність та герметичність термоклейового з’єднання. Для прогнозування утворення термоклейового шва під дією механічного зусилля та охолодження розроблено комп’ютерну розрахункову модель і проведено числовий розрахунок розподілу температур та деформації шару термоклею від притискного зусилля валків та витрати термоклею. Результати числового моделювання підтверджено експериментально із застосуванням створеної дослідної установки для термоклейового з’єднання. Запропонована математична модель процесу охолодження розплаву полімеру та його деформації з врахуванням закону в’язкості Кросса (Cross Law) від швидкості деформації та залежності в’язкості від температури. Розрахунковим та експериментальним шляхом встановлено початкові та граничні умови, що визначають даний процес. Отримано залежності ширини шва від притискного зусилля валків, а також залежності ширини шва від витрати термоклею. Встановлено, що зі збільшенням витрати термоклею ширина шва зростає за логарифмічною залежністю. При збільшенні притискного зусилля валків ширина шва зростає за квадратичною залежністю. Визначено вплив притискного зусилля валків та витрати термоклею на ширину шва. Встановлено, що при збільшенні значення притискного зусилля від 10,5 Н до 20,5 Н, ширина шва збільшується з 8 мм до 17 мм (майже у два рази). Числове моделювання процесу утворення термоклейового з’єднання дозволяє прогнозувати оптимальні значення витрати термоклею та притискного зусилля валків, щоб отримати необхідну ширину шва, яка б забезпечувала як оптимальну для споживача міцність з’єднання, так і достатню для підтримки герметичності паковання.

Цель работы – разработать числовой метод прогнозирования толщины и ширины термоклеевого шва под действием механического усилия и охлаждения, а также исследовать влияние прижимного усилия и расхода термоклея на ширину шва, влияющих на прочность и герметичность термоклеевого соединения. Для прогнозирования образования термоклеевого шва под действием механического усилия и охлаждения разработана компьютерная расчетная модель и произведен числовой расчет распределения температур и деформации слоя термоклея от прижимного усилия валков и расхода термоклея. Результаты числового моделирования подтверждены экспериментально с применением созданной опытной установки для термоклеевого соединения. Предложена математическая модель процесса охлаждения расплава полимера и его деформации с учетом закона вязкости Кросса от скорости деформации и зависимости вязкости от температуры. Расчетным и экспериментальным путем установлены начальные и предельные условия, определяющие этот процесс. Получены зависимости ширины шва от прижимного усилия валков, а также зависимости ширины шва от расхода термоклея. Установлено, что при увеличении расхода термоклея ширина шва растет по логарифмической зависимости. При увеличении прижимного усилия валков ширина шва растет по квадратичной зависимости. Определено влияние прижимного усилия валков и расхода термоклея на ширину шва. Установлено, что при увеличении значения прижимного усилия от 10,5 Н до 20,5 Н ширина шва увеличивается с 8 мм до 17 мм (почти в два раза). Числовое моделирование процесса образования термоклеевого соединения позволяет прогнозировать оптимальные значения расхода термоклея и прижимного усилия валков, чтобы получить необходимую ширину шва, обеспечивающую оптимальную для потребителя прочность соединения, так и достаточную для поддержания герметичности упаковки.

Develop a numerical method for predicting the thickness and width of a hot-melt joint under the action of mechanical force and cooling, as well as investigate the effect of pressing force and hot-melt adhesive consumption on the joint width, which affect the strength and tightness of the hot-melt joint. To predict the formation of a hot-melt adhesive seam under the action of mechanical force and cooling, a computer calculation model was developed and a numerical calculation was made of the distribution of temperatures and deformation of the hot-melt adhesive layer from the pressing force of the rolls and the consumption of hot-melt adhesive. The results of numerical simulation are confirmed experimentally using the created pilot plant for hot-melt bonding. A mathematical model of the process of polymer melt cooling and its deformation is proposed taking into account the Cross viscosity law on the strain rate and the dependence of viscosity on temperature. The initial and limiting conditions that determine this process are established by calculation and experiment. The dependences of the seam width on the pressing force of the rolls, as well as the dependence of the seam width on the consumption of hot-melt adhesive, are obtained. It has been established that with an increase in the consumption of hot-melt adhesive, the width of the seam increases according to a logarithmic dependence. With an increase in the pressing force of the rolls, the width of the seam increases according to a quadratic dependence. The influence of the clamping force of the rolls and the consumption of hot-melt adhesive on the width of the seam is determined. It has been established that with an increase in the clamping force from 10.5 N to 20.5 N, the width of the seam increases from 8 mm to 17 mm (almost twice). Numerical modeling of the formation process of a hot-melt adhesive allows predicting the optimal values of the hot-melt adhesive consumption and the clamping force of the rolls to obtain the required seam width, which provides the optimum joint strength for the consumer, and is sufficient to maintain the tightness of the package.