Miscelatori statici: scelta e dimensionamento per applicazioni di adesivi e sigillanti
Il miscelatore statico è, nelle applicazioni con adesivi e sigillanti bicomponente, un elemento centrale nella catena di processo del sistema di dosaggio. In molti casi la punta del miscelatore statico funge direttamente da ugello: il miscelatore è quindi spesso l'ultimo anello prima dell'applicazione. Anche quando il sistema di dosaggio e il rapporto di miscelazione funzionano alla perfezione, è la qualità della miscelazione a decidere il risultato nel punto di incollaggio. Nella pratica, tuttavia, l'importanza della scelta e del dimensionamento del miscelatore viene spesso sottovalutata.
Questo articolo spiega quali fattori sono davvero decisivi nella scelta e nel dimensionamento dei miscelatori statici per sistemi di dosaggio e perché il miscelatore sbagliato può portare a risultati difettosi nonostante un rapporto di miscelazione corretto.
Figura: panoramica di diversi miscelatori statici
La figura mostra diversi miscelatori statici, da miscelatori monouso in plastica con varie geometrie fino a singoli elementi miscelatori. A seconda dell'applicazione, del rapporto di miscelazione e della viscosità vengono impiegate diverse forme costruttive e numeri di elementi.
Compito del miscelatore statico
Il miscelatore statico ha un compito chiaramente definito: deve miscelare i due componenti di un adesivo o sigillante bicomponente in modo da ottenere una struttura del materiale omogenea e uniformemente miscelata. Solo così la reazione chimica tra resina e indurente può svolgersi in modo completo e uniforme.
Un materiale miscelato male si manifesta nella pratica con:
- indurimento non uniforme
- striature o punti molli nell'adesivo
- resistenza meccanica ridotta
- scarsa funzione di tenuta
Questi effetti si presentano spesso solo dopo l'applicazione e poi si possono ricondurre alla qualità della miscelazione solo con difficoltà e senza certezza.
Miscelatori per cartucce e miscelatori per macchina: una differenza importante
Prima di passare alla scelta vera e propria del miscelatore è importante una distinzione fondamentale:
I miscelatori per cartucce vengono impiegati in combinazione con cartucce bicomponente e pistole per cartucce. Nella pratica questi miscelatori sono già pre-qualificati e stabiliti dai produttori del materiale. L'utilizzatore adotta la raccomandazione del produttore dell'adesivo e impiega il miscelatore prescritto. Qui di regola non vi è alcuna necessità di dimensionamento individuale. I miscelatori per cartucce lavorano spesso con geometrie Quadro.
I miscelatori per macchina vengono impiegati sui sistemi di dosaggio e lavorano a pressioni decisamente più elevate. Qui solo raramente i produttori del materiale prescrivono miscelatori statici fissi. Il miscelatore deve piuttosto essere adattato individualmente alla rispettiva applicazione, e ciò anche con gli stessi adesivi e sigillanti. Il dimensionamento dipende infatti non solo dal materiale, ma in modo determinante dai parametri di processo della rispettiva applicazione.
Questo articolo tratta la scelta e il dimensionamento dei miscelatori per macchina sui sistemi di dosaggio.
Quali fattori determinano la scelta del miscelatore
La scelta del miscelatore statico giusto per un sistema di dosaggio dipende da diversi parametri che devono essere considerati insieme. Ognuno di questi fattori può influenzare in modo determinante il dimensionamento: una semplificazione generalizzata non è quindi possibile.
- Rapporto di miscelazione: il rapporto di miscelazione influenza quanti elementi miscelatori sono necessari e quale geometria viene impiegata. Il dimensionamento è impegnativo non solo con rapporti asimmetrici come 10:1: anche con 1:1 la combinazione di viscosità, portata e tempo di lavorabilità può richiedere un'accurata messa a punto di diametro, lunghezza e numero di elementi. Perché il rapporto di miscelazione impostato da solo non dice ancora nulla sulla reale qualità della miscelazione lo spieghiamo nel nostro articolo Rapporto di miscelazione negli adesivi e sigillanti bicomponente.
- Viscosità dei componenti: la viscosità influenza il comportamento di flusso nel miscelatore. Non sono impegnativi solo i materiali ad alta viscosità: anche i materiali fluidi possono richiedere un dimensionamento particolare del miscelatore a causa delle loro caratteristiche di scorrimento. Grandi differenze di viscosità tra il componente A e il componente B pongono requisiti aggiuntivi alla geometria.
- Portata: è un fattore particolarmente rilevante nella pratica. Lo stesso adesivo o sigillante può richiedere un miscelatore diverso su un sistema a bassa portata rispetto a un sistema ad alta portata. Il miscelatore deve essere dimensionato in modo da ottenere, alla portata prevista, un effetto miscelante sufficiente senza generare una contropressione eccessiva.
- Tecnica di dosaggio: anche la tecnica di dosaggio impiegata ha un'influenza diretta sulla scelta del miscelatore. Con la tecnica di dosaggio a ingranaggi il flusso di materiale è più preciso e costante, il che favorisce una miscelazione più uniforme. Così è possibile impiegare miscelatori statici decisamente più corti rispetto alla tecnica di dosaggio a pistoni, che per costruzione genera oscillazioni di pressione nei punti di inversione e richiede quindi tratti di miscelazione più lunghi. Le differenze tra le due tecnologie di dosaggio le spieghiamo in dettaglio nel nostro articolo Tecnica di dosaggio a ingranaggi o a pistoni.
- Geometria del miscelatore: diverse forme degli elementi miscelatori, ad es. Helix, Quadro o strutture a griglia, generano diversi schemi di flusso e diverse contropressioni. La scelta della geometria influenza direttamente la qualità della miscelazione, la perdita di carico e il volume morto.
- Tempo di lavorabilità del materiale: i materiali con un tempo di lavorabilità molto breve richiedono particolare attenzione. Anche nei processi produttivi continui il miscelatore statico deve essere regolarmente riempito di nuovo prima della scadenza del tempo di lavorabilità, per impedire l'indurimento del materiale nel miscelatore e quindi un blocco.
Miscelatori elicoidali come standard nei sistemi di dosaggio
Nei sistemi di dosaggio vengono impiegati nella pratica prevalentemente miscelatori elicoidali. I miscelatori elicoidali lavorano con elementi a forma elicoidale che dividono e deviano alternativamente il materiale. Offrono un buon rapporto tra qualità della miscelazione e contropressione e sono concepiti per le tipiche condizioni di pressione dei sistemi di dosaggio.
I miscelatori Quadro e i miscelatori X-Grid generano per ogni elemento più passaggi di divisione e deviazione e raggiungono così, su una lunghezza costruttiva minore, un'intensità di miscelazione maggiore. Tuttavia, per la struttura dei loro elementi miscelatori generano una contropressione decisamente più elevata. Nei sistemi di dosaggio spesso non possono quindi essere impiegati. Un'eccezione sono i materiali a bassissima viscosità e liquidi, per i quali la contropressione rimane in un intervallo accettabile nonostante la geometria miscelante intensa.
Per la maggior parte delle applicazioni di dosaggio con adesivi e sigillanti pastosi il miscelatore elicoidale è quindi la scelta adatta.
Il principio: massima qualità della miscelazione con volume minimo
Un aspetto spesso sottovalutato nel dimensionamento del miscelatore è il volume morto del miscelatore. In linea di principio vale, indipendentemente dal tempo di lavorabilità del materiale: il miscelatore statico deve essere scelto in modo da fornire con affidabilità la qualità di miscelazione richiesta, avendo però un volume il più ridotto possibile.
Perché è importante? Tra le singole applicazioni il miscelatore statico viene lavato con il materiale bicomponente miscelato prima della scadenza del tempo di lavorabilità e riempito di nuovo, in modo che la reazione nel miscelatore ricominci da capo. Quanto maggiore è il volume del miscelatore, tanto più alto è il consumo di materiale a ogni lavaggio. Nel complesso queste perdite possono incidere in modo considerevole sui costi del materiale nel periodo di esercizio.
Il dimensionamento è quindi sempre un ottimo: elementi miscelatori e diametro sufficienti per una miscelazione completa, ma non più del necessario.
Che cosa accade se il miscelatore è dimensionato in modo errato
Gli errori nella scelta del miscelatore sono tra le fonti di errore sottovalutate nei processi di dosaggio bicomponente. Scenari tipici:
- Troppo pochi elementi miscelatori: i componenti non vengono miscelati completamente. La reazione chimica si svolge in modo non uniforme, il che si manifesta con striature, punti molli o resistenza insufficiente.
- Diametro del miscelatore troppo grande o troppi elementi: il volume morto aumenta inutilmente, con maggiori perdite di lavaggio. Allo stesso tempo un diametro troppo grande può far sì che si generi troppa poca contropressione, il che porta a sua volta a una miscelazione peggiore.
- Diametro del miscelatore troppo piccolo: la contropressione aumenta, il che può influenzare la precisione di dosaggio e sollecitare le pompe.
- Geometria errata: un miscelatore Quadro o X-Grid su un sistema di dosaggio con materiali pastosi genera troppa contropressione e può influenzare negativamente il processo di dosaggio.
Test dei miscelatori e qualificazione di nuovi materiali
In qualità di costruttore di macchine indipendente e neutrale collaboriamo con produttori di materiali leader per eseguire, per adesivi e sigillanti di nuova concezione, test sui nostri sistemi di dosaggio bicomponente. Scopo di questi test è provare miscelatori statici adatti e qualificarli per la rispettiva applicazione.
In ciò supportiamo tutti i produttori di materiali allo stesso modo, indipendentemente dal marchio o dal produttore. Il nostro focus è esclusivamente la migliore affidabilità di processo possibile per l'utilizzatore.
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La nostra raccomandazione per la scelta del miscelatore nei sistemi di dosaggio
La scelta giusta del miscelatore non si può effettuare solo con tabelle o regole empiriche. Risulta dall'interazione di rapporto di miscelazione, viscosità, portata, tecnica di dosaggio, tempo di lavorabilità e tipo di applicazione.
Per nostra esperienza i seguenti punti sono particolarmente importanti nella pratica:
- ogni applicazione richiede una considerazione individuale di tutti i fattori di influenza
- la tecnica di dosaggio a ingranaggi consente miscelatori più corti rispetto alla tecnica di dosaggio a pistoni
- il volume morto dovrebbe in linea di principio essere mantenuto il più basso possibile
- con portate diverse sullo stesso sistema il miscelatore deve essere adatto all'intero campo di portata
- l'obiettivo è sempre: raggiungere la qualità di miscelazione richiesta con il minor volume di miscelatore possibile
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Riepilogo
Il miscelatore statico determina la qualità della miscelazione e quindi direttamente le proprietà della giunzione adesiva o di tenuta. Nei sistemi di dosaggio, a differenza delle applicazioni con cartucce, di regola non vi sono miscelatori prescritti dai produttori del materiale. Il dimensionamento deve essere adattato individualmente a rapporto di miscelazione, viscosità, portata, tecnica di dosaggio e tempo di lavorabilità. Vale il principio: tanta capacità di miscelazione quanta necessaria, tanto poco volume di miscelatore quanto possibile. Un rapporto di miscelazione corretto da solo non garantisce ancora un buon risultato: solo in combinazione con il miscelatore dimensionato correttamente il processo bicomponente è pienamente protetto. Come l'affidabilità di processo effettiva possa essere ulteriormente aumentata con valori misurati reali lo scoprirà nel nostro articolo Misuratori volumetrici nelle applicazioni di dosaggio bicomponente.
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