Многие специалисты, занимающиеся исследованиями и разработками или контролем качества, вероятно, сталкивались с этой проблемой при проведении входного контроля качества (IQC). Рассмотрев его дважды, я считаю, что он требует детального анализа.
Что значит «проявление»? Относится ли это к тактильным ощущениям во время строительства или к механической прочности после окончательного отверждения?
В чем разница? 5% или 50%?
Без количественных границ и конкретных сценариев применения на этот вопрос нельзя ответить просто «да» или «нет». Поэтому мы будем исходить непосредственно с инженерной точки зрения, чтобы детально разобрать вопрос «изменения вязкости клея». Нам необходимо оценить, вызваны ли эти отклонения отклонениями в методах тестирования или собственными колебаниями материала-и какой риск сбоя такие колебания могут создать на производственной линии.
01 Природа вязкости
Но если мы примем другую точку зрения и рассмотрим микроскопический физический мир полимеров, вязкость, по сути, является чрезвычайно динамичным процессом. Вязкость полимерных материалов принципиально возникает из-за двух факторов: во-первых, вторичных взаимодействий между молекулярными цепями (включая силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи и даже мгновенные дипольные моменты, возникающие из-за переходного неравномерного распределения электронного облака); во-вторых, физическая запутанность, присущая длинноцепной структуре полимеров, которая напоминает запутанную паутину, переплетенную в пространстве. Когда мы применяем макроскопическую силу,-например, тягу дозирующего клапана или силу сдвига на роторе вискозиметра-, чтобы вызвать поток, мы, по сути, совершаем механическую работу, чтобы преодолеть эти межмолекулярные электромагнитные притяжения и разорвать эти физические узлы.
«Сила внутреннего трения», создаваемая этой молекулярной цепочкой во время скольжения, является макроскопическим проявлением вязкости. Таким образом, вязкость — это не изолированный параметр клея, а комплексное отражение его молекулярной структуры и межмолекулярных взаимодействий.
Это также объясняет, почему вязкость очень чувствительна к таким условиям, как температура, скорость сдвига и время,-поскольку эти параметры напрямую изменяют подвижность молекул и состояние их переплетения.
02 Ошибка данных часто возникает из-за несовпадения границ испытаний.
Возвращаясь к запросу коллеги, две партии клея имеют разную вязкость. Прежде чем заподозрить дефекты материала, мы должны сначала исключить влияние процедур тестирования. Поскольку большинство полимерных жидкостей не являются-ньютоновскими жидкостями, они налагают чрезвычайно строгие граничные условия при испытаниях.
Экспоненциальная зависимость между температурой и подвижностью сегментов полимерной цепи имеет экспоненциальный характер (в соответствии с эмпирическим законом Аррениуса). Во многих случаях центральная температура зоны хранения клея составляет 20 градусов, тогда как температура окружающей среды в испытательной камере составляет 25 градусов.
Если образец не подвергается адекватному термическому равновесию в ванне с постоянной температурой после отбора проб (что обычно требует более 30 минут), измеренные данные неизбежно будут демонстрировать значительные отклонения. Колебание температуры на 1 градус может привести к изменению вязкости на 5–10%.
Скорость сдвига. Многие процессы контроля качества упускают из виду соответствие модели ротора и скорости вращения при сравнении партий. Полимерные жидкости обладают свойством «разжижения при сдвиге».
Чем выше скорость вращения, тем в большей степени молекулярные цепи принудительно ориентируются и разматываются, что приводит к более низкой измеренной кажущейся вязкости. Важно отметить, что при оценке не-ньютоновских жидкостей точка вязкости при одной скорости вращения часто не имеет смысла; что необходимо сравнить, так это «кривые напряжения сдвига и вязкости», полученные при разных скоростях сдвига.
Время (тиксотропия). В системах, содержащих тиксотропные агенты, такие как коллоидный кремнезем, в состоянии покоя внутри образуется сеть водородных связей (что приводит к высокой вязкости), тогда как эта сеть разрушается под действием напряжения сдвига (что приводит к низкой вязкости).
Это чем-то похоже на соревнование двух человек в беге на 100-метров: один только что завершил разминку-и поддерживает оптимальную физическую форму, в то время как другой уже пробежал пять забегов подряд, и его физическое состояние еще не восстановилось до попытки шестого забега. Наблюдаемая разница в окончательных результатах может не обязательно отражать реальные различия в способностях, а может просто быть следствием различий в условиях предварительного-тестирования. Если время перед -срезанием или период восстановления в состоянии покоя между двумя партиями образцов перед тестированием различается, показания естественным образом будут расходиться. Поэтому перед тестированием важно четко указать, как долго должен длиться период предварительной резки и в какой момент времени следует проводить измерения. Без надлежащего выравнивания по времени данные невозможно эффективно сравнивать.
03 Что представляет собой значительную разницу, которую можно было бы считать ненормальной? Когда это может повлиять на продукт?
Прежде всего следует признать, что сам процесс полимеризации по своей сути является случайным, поэтому нереально требовать абсолютно равномерного распределения молекулярной массы во всех партиях клея.
Общие промышленные спецификации указывают, что колебания вязкости в пределах от ±10% до ±15% находятся в пределах нормального допуска.
Если отклонение превышает 20–30 %, необходимо соблюдать осторожность-это указывает на потенциальные проблемы с партией базовой смолы или неравномерное распределение тиксотропа. Какие последствия могут повлечь за собой подобные отклонения?
Зависит от вашего окна процесса. Если вы наносите клей вручную или полу-автоматически, разница в вязкости на 20 % может повлиять на восприятие текстуры оператором, но не обязательно повлияет на конечную прочность соединения.
На автоматических линиях дозирования изменения вязкости напрямую влияют на количество наносимого клея. При одинаковых условиях давления и времени высокая вязкость может помешать правильному растеканию клея или вызвать образование натяжек; низкая вязкость может привести к провисанию или непреднамеренному растеканию клея. Это может нарушить производственный ритм. Критическим фактором является правильное смачивание границы раздела.
Повышенная вязкость снижает текучесть, не позволяя клею полностью проникнуть в микро-шероховатую поверхность основы. Несмотря на то, что при нанесении они видны, на границе раздела существуют многочисленные микроскопические пустоты. В условиях стресса риск расслоения интерфейса существенно возрастает. Объявление: WorkBuddy AI Office Assistant – развертывается-бесплатно и готово-к-использованию. Попробуйте WorkBuddy прямо сейчас. Кроме того, может произойти образование пузырьков. Повышенная вязкость снижает текучесть, не позволяя клею полностью проникнуть в микро-шероховатую поверхность основы. Несмотря на то, что при нанесении они видны, на границе раздела существуют многочисленные микроскопические пустоты. В условиях стресса риск расслоения интерфейса существенно возрастает. Объявление: WorkBuddy AI Office Assistant – развертывается-бесплатно и готово-к-использованию. Попробуйте WorkBuddy прямо сейчас. Кроме того, может произойти образование пузырьков.
Когда вязкость клея-наполнителя увеличивается, микропузырьки, уносимые во время перемешивания или наполнения, становится трудно удалить. Даже в условиях вакуума системы с высокой-вязкостью имеют тенденцию улавливать эти пузырьки. После отверждения эти пузырьки превращаются в точки концентрации напряжений, что в электрических приложениях высокого-напряжения может напрямую привести к частичному разряду или пробою.
[Подход к принятию инженерных решений--] Вот трехэтапная-схема принятия решений, основанных на инженерных решениях-:
1. Сначала подтвердите, является ли несоответствие подлинным.
Две партии образцов были измерены одновременно с использованием одного и того же вискозиметра, ротора, скорости вращения, температуры, а также идентичных условий времени покоя и сдвига. Если разница составляет менее 15%, скорее всего, это нормальное отклонение. Если разница превышает 20%, следует провести дальнейший анализ.
2. Теперь давайте еще раз взглянем на ваше окно процесса.
Тестирование на производственной линии: определение текущего давления воздуха, времени нанесения, диаметра иглы дозирующего оборудования и допустимого диапазона вязкости.
Например, если ваше устройство стабильно производит клей в диапазоне вязкости ±15 %, изменения в партии не повлияют на производительность. Однако если окно допуска узкое, вам следует договориться с поставщиком о более строгих стандартах контроля партии.
3. Наконец, изучите виды отказов.
Если продукт в конечном итоге проходит функциональные испытания (например, на прочность на сдвиг, устойчивость к давлению, старение) после колебаний вязкости, это указывает на то, что отклонения находятся в допустимых пределах. Если в партии наблюдается плохое смачивание или остаточные пузырьки, проверьте конкретные изменения вязкости и установите специальные параметры внутреннего контроля. Хотя стабильная вязкость желательна, более важным является ее достаточная стабильность в конкретных производственных условиях.
Чтобы проанализировать проблему систематически, сначала устраните ошибки измерений, затем сравните параметры процесса в оптимальном диапазоне и, наконец, сопоставьте эти результаты с фактическими закономерностями отказов.-Такой подход позволяет избежать введения в заблуждение одним числовым значением. Если вы также столкнулись с расхождениями в данных двух партий клея или с несогласованными объемами дозирования на производственной линии, выполните следующую процедуру.