Нанесение клея валичным способом на поверхность рулонных материалов

Одним из этапов технологического процесса производства рулонных многослойных материалов с различным покрытием (например – волокнистого материала) является нанесение связующего состава на поверхность основы для закрепления волокнистых частиц. Поэтому при проектировании клеевого узла с целью получения определенной толщины клеевой пленки необходимо установить его основные параметры, а именно радиус и скорость вращения клеенамазного валика, давление валика на клеевой слой в зоне контакта с основой.

Рассмотрим схему нанесения клея на плоскую поверхность материала основы непрерывно вращающимися валиками (рис.1).

Обозначим глубину погружения клеенамазного валика в резервуар с клеем h ; уровень клея в резервуаре H . Клее-намазной валик и верхний транспортирующий валик имеют одинаковые радиусы R 1 =R 2 =R , ширину в и вращаются с одинаковыми угловыми скоростями W 1 =W 2 .

При исследовании процесса нанесения клея примем следующие допущения и условия:

- движение основы и нанесенного клеевого слоя являются плоскопараллельным;

- движение основы, валиков и клеевого слоя установившееся;

Рисунок 1. Схема нанесения клея валиками: 1 – резервуар с клеем, 2 – клей, 3 – клее-намазной валик, 4 – слой наносимого клея, 5 – основа, 6 – верхний транспортирующий валик

- клей рассматривается как вязкая ньютоновская жидкость;

• -    для предотвращения проскальзывания линейная скорость основы V тр и валиков V вал равны между собой;

• -    уровень клея H и глубина погружения клеенамазного валика h не изменяются.

Исходя из принятых обозначений и расчетной схемы, угол контакта клее-намазного валика с клеем равен h arccos(1      ) .                (1)

Зависимость величины угла контакта клеенамазного валика с клеем от величины погружения представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 . Зависимость угла контакта от величины погружения

Длина дуги контакта валика с кле- ем, определяется из отношения:

kjA В ⁼ 2 R arccos( 1 - h ) .      ⁽²⁾

R

Определим величину радиуса кле- енамазного валика из условия ламинарного режима движения вязкой жидкости из условия, что критерий Рейнольдса – Re для поверхностей, отличающихся от круглого сечения равен Re =580 [1, с.148].

Критерий Рейнольдса определяется по известной в механике жидкости и газа формуле:

Vd

Re = — - ,

где ν – кинематическая вязкость клея, м2/с; V – линейная скорость клеенамазно-го валика, м/с, V Vвал Vтр ; dэ – экви- валентный диаметр, м, dэ  4Rгидр , или

dэ 2l ABв , где Rгидр – гидравличе-l AB в ский f радиус,  м,   Rгидр     ,  или Rгидр lв ; f – площадь нанесе- 2(luAB + e) ^ ния клея, м2, f l ABв ; р – смоченный клеем периметр, м, р = 2(RjAb + в).

Тогда,

2 Vl в

Re =----abb  .(4)

⁽ loAB + ^{в )v}

Длина дуги контакта

Re v e

AB 2Vв  Re

Учитывая соотношение (2), полу- чим h.Re

2R arccos(1    ) = (6)

R 2 Vв R_e ^{. ()}

При максимальном погружении валика в резервуар, т.е. h=R , получим для реального технологического процесса изготовления многослойных материалов с использованием текстильных отходов. Принимаем (по данным предприятия – изготовителя) в= 0,5м , V= 2м/с , ν= 12·10^-4м²/с.

Re v e

л( 2Ve - Rev )

580-12-10^-4-0 , 5 ( 2-2-0 , 5-580-12-10"⁴ ) 3 , 14

= 0 , 0849,

м.                                     (7)

Следовательно, диаметр клеена-мазного валика D 2R 170мм. Угловая скорость клеенамазного валика W, опре деляется из условия V V : тр      вал

2 V

W = —тр =---- «23 , 5 , с^-1. (8)

D 0 . 17

Движение клея в зазоре между клеенамазным валиком и основой имеет ламинарный характер

нольдса, определяемых с. 190].

Re< 30

D h1 ,

для чисел Рей-неравенством [2, (9)

где h 1 – толщина клеевой пленки, м.

> 0 . 46-10 ³, м.

. D- 900  0 . 17-900

h ₁

Re ²     580 2

Для практических расчетов принимаем h   0.5 10 ³ м или h 0.5 мм.

Клеенамазной валик, равномерно вращаясь в вязкой среде, испытывает сопротивление, обусловленное вязким жидкостным трением. Сила жидкостного трения Т определяется по известной фор- муле

*

dV

TS dh

,

где μ – динамическая вязкость клея, Па·с, μ ≈ 1,5; S – площадь трущихся слоев жидкости, м²; dV/dh – градиент скорости, с^-1.

Для ламинарного режима движения жидкости градиент скорости dV/dh можно заменить отношением V/h 1 , тогда

T      *S* V h1

.

Площадь трущихся слоев жидко- сти можно определить, зная длину дуги контакта l AB и известной ширине валика вк:

S ^*    l _ABв_к   2arccos(1 ^h ) в_к

R .  (12)

При максимальной дуге контакта ^{l AB R} , площадь равна

S ^* Rв

.

После подстановки в формулу по- лучим

V

T     * Rв h1 .             (14)

Момент силы жидкостного трения будет равен

M тр    ТR     * R 2вк V h1 .  (15)

Необходимый крутящий момент

MМ

М кр должен быть ^{кр    тр} .

С учетом потерь на работу сил трения, фактический крутящий момент на клеенамазном валике Мкр ф равен

* _R 2 _{в V}

M крф           к h1

,

где – к.п.д.

Необходимая мощность определяется по условию N ф = М кр ф W , Вт.

Определим закон распределения давления валика на клеевой слой в зоне контакта с основой. Считаем, что вся масса жидкости движется с линейной скоростью, равной скорости транспортирования основы и относительного сдвига частиц клея не происходит. Такое движение клея можно рассматривать как относительное равновесие, для которого справедливо уравнение равновесия капельной жидкости Эйлера [1, с.49]

dP р( Xdx^Ydy^Zdz ) , (10) где dP – дифференциал давления, н/м²; ρ – плотность, кг/м³; Х,У,Z – единичные массовые силы в проекциях на координатные оси.

На рисунке 3 представлена расчетная схема процесса в плоской координатной системе.

Рисунок 3. Расчетная схема процесса нанесения клея

В проекции на координатные оси единичные массовые силы равны

Z W ² R g

X

.

dzh ₁

Y 0

Тогда дифференциальное уравнение (10) примет вид dV dP = p (W2R-g)dz-p----dx .

dzh ₁

В виду малой толщины клеевого слоя, dV dz

градиент скорости можно  заменить по толщине

отношением

V I h 1 , тогда:

V

V dP = p (W2R-g)dz-p--dx ; (13)

h 1

P W ² Rh 1 h 1 ^V X , (14) h 1 ²

где g – удельный вес клея, н/м³; μ – динамическая вязкость клея, Па·с, ц« 1 . 5.

Максимальное давление на клеевой слой Р ma x будет в зоне контакта клеена-мазного валика с клеем при х=0 . Тогда

P nax ⁼ W 2 2 Rh 1~ h h l (15)

давление валика на клей, Па

Рисунок 4. Зависимость давления валиков от координаты х

Минимальное давление   Р min =0

происходит на некотором расстоянии х 0 определяемом из условия:

V

W ² Rh   h       x 0 ; (16)

h 1 ²

x0

(W 2 Rph1- yh1) h1 _

V

_ h1 ( W ² Rp -y)

V

, м ;

x ₀

0 . 0005- ( 23 . 5 2 -0 . 0849-1000-9800 )

1 . 5-2

= 1 . 5-10"⁶, м.

Численное значение максимального давления на клеевой слой в зоне контакта клеенамазного валика с клеем при х=0 рассчитанное по формуле (15) равно

18,5 Па; минимального – при x 1.5 10 ⁶, м – 0,5 Па.

Полученная теоретически зависимость давления валиков от координаты х согласно формулы 14 представлена на рисунке 4. Она построена с помощью программы Maple 9.5 при заданных показателях: ρ = 1000 кг/м³ , W= 23,5 с^-1, R= 0,0849 м , h 1 = 0,0005 м , γ = 9800 Н/м³, μ = 1,5Па·с , V= 2 м/с.

Из графика видно, что при увеличении расстояния от точки соприкосновения клеенамазного валика с поверхностью основы давление на клеевой слой уменьшается.

Выводы.

Выполнен комплексный анализ взаимодействия клея с материалом основы при валичном способе нанесения. Установлена зависимость длины зоны контакта валиков с конструктивными параметрами клеенамазного устройства. Определены основные кинематические и конструктивные параметры клеенамазно-го устройства, учитывающие физические свойства клея в условиях ламинарного режима движения капельных жидкостей. Для установившегося режима движения жидкости решены дифференциальные уравнения Эйлера, определены значения давления и зоны контакта, соответствующие качественному процессу формирования клеевой пленки. Полученные на базе теоретических исследований результаты хорошо согласуются с параметрами устройств для нанесения клея валичным способом, установленных на промышленных предприятиях.