Маслак Р.М.
МЕТОД ПОДБОРА РЕЖИМОВ ПРЕССОВАНИЯ ПЛЕНОК ПВХ НА МЕМБРАННО-ВАКУУМНОМ ПРЕССЕ *
Аннотация:
в статье рассмотрены методы подбора оптимальных режимов облицовывания ПВХ-пленками в мембранно-вакуумном прессе. Рассмотрены разные способы и устройства измерения температуры.
Ключевые слова:
мебельные фасады, межкомнатные двери, пленка ПВХ, режим прессования, облицовывание
В современной деревообрабатывающей промышленности для облицовывания плоских и профильных поверхностей применяют пленки ПВХ, АВС, ПП, ПЭТ, натуральным шпоном, фольгой, тканью, натуральной и искусственной кожей заготовок из массива древесины или древесных материалов применяют метод термовакуумного облицовывания ГОСТ 33095. МДФ облицовывают пленками ПВХ на мембранно-вакуумном прессе, для склеивания используют водную полиуретановую дисперсию. Применение данных облицовочных материалов является распространенным ввиду их эстетичности, технологичности [1. с. 80].В настоящее время существуют множество клеев и облицовочных материалов с разными техническими характеристиками. Режимы склеивания в описаниях этих материалов недостаточно информативны, чаще всего несут рекомендательный характер, иногда параметры имеют большой диапазон.Управление современными мембранно-вакуумными прессами осуществляется за счет регулирования основных трех параметров: температура нагрева, давление вакуума, время выдержки на каждом этапе облицовывания. Соответственно на пульт управления выводится информация о температуре нагрева термодатчика, о давлении в системе вакуумирования, о времени выдержки на каждом этапе. Данные показатели не являются достаточно информативными, так как не дают точное представление о процессах, происходящих в самом клеевом шве. В результате режимы прессования приходится подбирать интуитивно, опираясь на полученный результат и опыт рабочих. Кроме этого, результаты некачественного приклеивания могут проявляться позже.Для того чтобы выработать метод подбора режима прессования в мембранно-вакуумном прессе, обеспечивающего высокую адгезию, нужно понять, какие конструкции прессов бывают и какие процессы происходят в процессе облицовывания.Конструкции прессов бывают различные. Кроме геометрических особенностей, основная разница заключается в способе нагрева и в способе создания вакуума.Нагрев в прессах осуществляют с помощью воздушных трубчатых электронагревателей (ТЭН), или с помощью инфракрасных (ИК) ламп. Диапазон ИК излучения у ТЭН и ИК ламп различен. При использовании ТЭН, быстрее нагревается воздух между ними и облицовочным материалом, а затем тепловая энергия от воздуха передается на поверхность пленки ПВХ, в результате чего она нагревается. При использовании ИК ламп, тепловая энергия передается непосредственно на поверхность облицовочного материала, в результате чего его нагрев происходит быстрее.Вакуум под облицовочным материалом создается вакуумным насосом с использованием ресивера или без него. На прессах, имеющих ресивер, дополнительно есть режим регулирования скорости создания вакуума. Это необходимо для равномерного растяжения облицовочного материала. Пресса, не имеющие ресивер, оснащены вакуумным насосом, который включается, когда этого требует режим прессования и вакуум создается постепенно.Наиболее технологичные пресса оснащены ИК лампами и «прямым» способом вакуумирования (без ресивера). Порядок подготовки и процесса облицовывания пленкой ПВХ в мембранно-вакуумном прессе такого типа состоит из следующих этапов:подготовка деталей,приготовление и нанесение клея,сушка заготовок,прогрев рабочего стола и каретки пресса (применяется до первого пуска, при простое станка),укладка заготовок на рабочий стол пресса,фиксация облицовочного материала или силиконовой мембраны в прижимной рамке пресса,прессование,нагрев облицовочного материала,вакуумирование и выдержка с прогревом заготовок,вакуумирование и выдержка с охлаждением заготовок,разгрузка заготовок, разделение заготовок друг от друга путем разрезания облицовочного материала между ними,снятие свесов излишней пленки с деталей,технологическая выдержка деталей.Каждый этап подготовки и облицовывания включает множество нюансов, которые имеют большое значение при достижении качественного облицовывания. О правилах подготовки деталей, подготовке клеевых составов, правилах нанесения и сушки клея, о режимах прессования, о правилах разгрузки и выдержки после облицовывания, о требования к помещению и рабочему месту подробно рассказывается в других источниках [2. с.70–73] [3], а также в техническом описании производителей клеев и пленок ПВХ. Все эти правила и нюансы обязательно нужно соблюдать при облицовывании.Один из основных этапов – «Прессование», описывается общей формулировкой: «Режимы прессования зависят от типа пленки и применяемого клея (температуру прогрева пленки, время прогрева пленки, время прессования и т. д.), их необходимо подбирать таким образом, чтобы достичь температуры пластичности пленки и температуры активации в клеевом слое на кромке детали. Для каждой пленки режимы прессования разные, они подбираются индивидуально, иногда производитель рекомендует диапазон допустимых температур. Температура активации клея указывается в его характеристиках».Сопоставив описания режима прессования, особенности управления мембранно-вакуумным прессом, технические характеристики облицовочных и клеевых материалов, мы видим, что используются несопоставимые показатели. Возникает вопрос, как достичь температуры активации в клеевом шве, если на панель управления прессом выводятся данные о температуре на датчике, расположенном вне клеевого шва (обычно в воздушном пространстве между ИК лампами и рабочим столом пресса)? А также, сколько времени нужно продолжать нагрев под давлением после достижения температуры активации?Метод подбора режимов прессования необходим, потому как в ходе работы выясняется, что технические показатели клеев и пленок ПВХ часто не соответствуют заявленным техническим характеристикам производителей. Кроме этого, технические показатели разных партий одних и тех же материалов могут различаться. В результате постоянно приходится проверять и корректировать режимы прессования. Поэтому необходим оптимальный технологичный метод подбора режимов прессования.Режим прессования состоит из трех этапов, соответственно метод подбора режимов делится на три метода на каждом этапе.Нагрев облицовочного материала. При нагреве пленки ПВХ, она не должна касаться заготовок, находящихся под ней (за исключением запрессовок с использованием мембраны). Поэтому на этапе фиксации облицовочного материала требуется уделять внимание этому требованию, подтягивать пленку в зажимные устройства, не допускать образования короблений в виде волн и складок. Температура нагрева подбирается опытным путем в рамках рекомендованного рабочего диапазона конкретной пленки ПВХ. При этом надо учитывать особенности конструкции мембранно-вакуумного пресса (вид нагревательных элементов, расстояние от них до поверхности нагрева, местоположение датчика контроля температуры). Опытным путем устанавливается средняя разница в температурных установках пресса и технических характеристиках разных пленок. Именно эта дельта применяется при первичном подборе температуры нагрева для новых видов пленок. Контроль нагрева осуществляется визуальным методом. Во время нагрева коробления пленки (возникновение волн) должны быть минимальными, рисунок 1.Рисунок 1. Пример коробления пленки ПВХ при нагреве.Как правило, чем тоньше пленка ПВХ, тем температура нагрева должна быть меньше и наоборот. Возникновение больших волн говорит о неравномерном прогреве и/или о вероятном превышении допустимой температуры нагрева. Снижая температуру нагрева, требуется больше времени для равномерного прогрева всей площади облицовочного материала. Так же поводом для снижения температуры является возникновение глянцевых следов на пленке до вакуумирования или после – на деталях. Это означает, что пленка начала плавиться. В начале прогрева допускается незначительное провисание облицовочного материала, после чего оно натягивается и выравнивается. После этого пленка ПВХ считается прогретой, этап нагрева окончен. Показателем правильного подбора режима будет качество прилегания пленки ПВХ на углах изделия и в местах наибольшей глубины фрезерования (для профильных поверхностей). Кроме режима прогрева надо учитывать технические возможности пленок ПВХ. Для облицовывания поверхностей с глубоким фрезерованием, для деталей, имеющих высокий профиль, для облицовывания внутренних углов подходят не все пленки, поэтому для таких задач нужно подбирать пленки ПВХ обладающие нужными характеристиками.Рисунок 2. Стадии вакуумирования.Вакуумирование и выдержка с прогревом заготовок. После прогрева пленки ПВХ включается вакуумный насос, который откачивает воздух между рабочим столом и облицовочным материалом, постепенно создается отрицательное давление. Атмосферное давление растягивает и прижимает разогретую пленку ПВХ к деталям с нанесенным клеем, рисунок 2. В результате тепловая энергия от пленки начинает передаваться клею. При достижении температуры активации клей плавится, у него проявляются адгезионные свойства по отношению прижатой к нему пленке ПВХ. Важно, достичь температуру активации на всех поверхностях приклеивания. Дольше всего нагреваются боковые стороны и участки, максимально удаленные от ИК ламп (места глубокой фрезеровки, внутренние стороны и углы). В таком режиме нужно выдерживать заготовки пока клей на них не расплавится по всей толщине нанесенного слоя, и пока пленка ПВХ не прижмется к заготовке по всей профилированной поверхности (в некоторых случаях для плотного прилегания пленки ПВХ применяют местный нагрев, для этого используют электрический фен). После этого нагрев прекращают. Еще какое-то время клеевой слой продолжает нагреваться от более горячей пленки ПВХ, после выравнивания температур клей остывает. Время выдержки зависит от толщины нанесенного слоя и от характеристик пленки ПВХ. Толщина нанесенного слоя зависит от расхода нанесенного клея и от его сухого остатка. Этот нюанс нужно учитывать при использовании разных клеев или при нанесении разного количества клея. Пленки ПВХ обладают разной теплопроводностью. Этот показатель зависит от толщины пленки и от ее химического состава. Для того чтобы понять, какая температура в клеевом слое во время прессования используется метод измерения температуры под пленкой ПВХ. На мембранно-вакуумных прессах всех производителей отсутствуют системы измерения температуры под облицовочным материалом. Поэтому такую систему можно сделать самостоятельно, схема такой системы изображена на рисунке 3.Рисунок 3. Заготовка для системы измерения температуры.Она представляет собой брусок, в котором выбраны пазы и просверлены отверстия для размещения датчиков и электронных компонентов. Материал для изготовления бруска должен выдерживать нагрев и нагрузку вакуумирования (подходит фанера, МДФ, древесина). Высота бруска должна соответствовать сумме толщин заготовки и подложки. Ширина и длина должны быть подходящими для размещения электроники. Верхние углы должны быть скруглены для предотвращения повреждения облицовочного материала. В центре верхней поверхности бруска размещается датчик, для измерения температуры максимально нагревающейся поверхности (расположенной ближе к ИК лампам). Второй датчик температуры размещается в центре боковой поверхности, эмитирующей края заготовок. Наиболее подходящий датчик температуры — это проволочный термометр сопротивления (RTD) с использованием платины – Pt100. Он обеспечивают высокую точность измерения (от 0,1 до 1 °C) при температуре от -200 до 600 °C, совместим с широким спектром электронных низковольтных приборов. Все электронные компоненты должны обладать прочностью и должны располагаться так, чтобы не повредились в процессе вакуумирования. Мониторинг системы измерения можно осуществлять проводным или беспроводным способом.В «проводном» способе измерение осуществляется автономным двухканальным измерительным термометром с функцией хранения данных, рисунок 4, или многоканальным (минимум двухканальным) видеографическим регистратором данных, рисунок 5. Провода от датчиков до измерителя должны иметь надежное исполнение, чтобы не повредились прижимной рамкой пресса.Рисунок 4. Измерительный термометрс функцией хранения данных YET-720L [4].Рисунок 5. Регистратор видеографический ЭЛМЕТРО‑ВиЭР‑М5,7.При выборе измерительного прибора важно учитывать его основные характеристики:- тип датчика должен соответствовать - Pt100,- тестовый диапазон температур от +20 до +70 должен быть в рамках рабочего диапазона измерителя,- интервал обновления показаний температуры – не более 1 сек,- интервал обновления дисплея – не более 1 сек,- наличие функции записи данных (самописец),- совместимость форматов файлов с программным обеспечением персонального устройства (компьютер, смартфон, планшет),- напряжение электрической сети мембранно-вакуумного пресса должно совпадать с рабочим напряжением регистратора (для неавтономных регистраторов), либо необходимо дополнительный источник питания.Данным характеристикам должны соответствовать компоненты измерительной системы и в беспроводном способе. Мониторинг беспроводным способом осуществляется двумя вариантами. В первом варианте используется автономный регистратор данных (логгер), он работает по принципу самописца – результат измерений можно увидеть после процесса прессования, считав данные с логгера с помощью персонального устройства через USB-разъем. Стандартный беспроводной регистратор, работающий в условиях вакуума и имеющий вышеперечисленные характеристики, найти сложно. Пример логгера с минимальным интервалом 2сек приведен на рисунке 6.Рисунок 6. Даталоггер (регистратор температуры) СЕМ DT-171 480274.Более точный регистратор можно сделать на заказ из следующих компонентов, рисунок 7:- датчик температуры Pt100,- термистор (RTD) с интерфейсом RS-485 [5],- USB-накопитель,- автономный источник питания (аккумулятор), соответствующий рабочему напряжению термистора.Рисунок 7. Схема подключения термистора с использованием USB-накопителя.Для формирования показателей с двух термодатчиков используют два комплекта данных устройств или многоканальный (не менее 2 каналов) модуль измерения температуры с интерфейсом RS-485. Недостатком использования таких самописцев, является отсутствие возможности мониторинга процесса нагрева в режиме оперативного контроля в процессе облицовывания.Второй вариант мониторинг беспроводным способом осуществляется в режиме онлайн. Коммуникация между беспроводным регистратором данных и приемником осуществляется с помощью технологий Bluetooth или Wi-Fi по средствам радиоволн. На приемнике (смартфон, планшет, персональный компьютер) устанавливается программа мониторинга температур совместимое с регистратором. Данное устройство делаются на заказ (варианты схем на рисунке 8), представляет собой цепь из следующих компонентов [6] [7]:- датчик температуры Pt100,- резистор (при необходимости, в зависимости от типа датчика Pt100),- контроллер Arduino UNO R3,- беспроводной модуль Bluetooth или Wi-Fi с интерфейсом RS-485 (при использовании Arduino Uno с Wi-Fi WeMos D1 R1 на ESP8266 ESP-12F, рисунок 9, не требуется отдельного модуля для радиосвязи) [8],- источник питания контроллера Arduino.Рисунок 8. Варианты схем подключения температурного датчика/овс выводом значения на смартфон через плату Arduino.Рисунок 9. Плата Arduino Uno с Wi-Fi WeMos D1 R1на ESP8266 ESP-12F.Перечисленные электронные приборы осуществляют мониторинг и сохраняют изменения показаний температуры во времени в виде графика. Для анализа мониторинга необходимо разместить на графике технические параметры клея и спроецировать контрольные точки. В общем виде график представлен на рисунке 10.Рисунок 10. График изменения температуры клеевогослоя при мембранно-вакуумном прессовании.Кривая А1 показывает изменение температуры во времени на верхней поверхности «измерительной системы». Кривая А2 – на боковой поверхности. На оси ординат отображаются температурные показатели:Тн – температура клеевого слоя до вакуумирования,Тт – максимальная температура твердого состояния клеевого слоя,Та – температура активации клея,Тп – предельная рабочая температура клея.Точки пересечения кривых и ключевых температурных показателей проецируются на ось абсцисс, так определяются время каждого этапа:tа – время достижения температуры активации клея на боковой поверхности измерения,tв – время выключения нагревательных элементов,tк – время достижения температуры прекращения активации клея на боковой поверхности измерения,tо – время достижения температуры отверждения клеевого слоя (клеевой слой набрал первичную прочность) на верхней поверхности измерения.В процессе подбора режима нагрева клеевого слоя, важным показателем будет время выдержки под давлением при температуре выше значения Та на каждом участке измерения. На графике это промежуток между точками 2 и 4. Если облицовывается только верхняя поверхность заготовок, то учитывается временной промежуток между точками 1 и 5. Кроме этого максимальная температура измерений, точка 3, не должна превышать Тп. Точки 3 и 7 являются моментом прекращения нагрева, который происходит чуть позже (≈0,5 сек) момента отключения нагревательных элементов из-за выравнивания температур пленки ПВХ и клеевого слоя.Данный метод наглядно показывает время прогрева до температуры активации клея, время плавления смачивания и адгезионного взаимодействия соприкасаемых поверхностей (время выдержки с дальнейшим нагревом), время прекращения нагрева и время остывания до температуры отверждения клея на последнем этапе прессования. На практике нашего предприятия установлено, что после достижения температуры активации клея, необходимо 1-3 секунд, для прогрева клеевого слоя по всей толщине, для его усадки и усадки облицовочного материала. Усадка клея происходит вовремя его плавления. У клея появляется свойства текучести, поэтому он частично проникает в пористую структуру основы, соответственно слой клея над основой становится тоньше. Усадка пленки ПВХ по высоте происходит потому, что ее нижняя поверхность имеет специальную подготовку путем праймирования (грунтование) или обработку коронным разрядом, которые обеспечивают мелкие и микроскопические углубления для проникновения в них клея и лучшей адгезии, фактурные пленки имеют тиснение (рельеф). Также происходит усадка пленки в труднодоступных местах (фрезерованные и низкие участки, внутренние и внешние углы), так как времени для большего растяжения пленки ПВХ и удаления воздуха из древесного материала требуется больше.Вакуумирование и выдержка с охлаждением заготовок. Последний этап тоже играет важную роль в качестве приклеивания пленки ПВХ. Время выдержки под давлением без нагрева необходимо для того, чтобы клеевой слой из расплавленного состояния перешел в твердое состояние, (клей должен набрать первичную прочность). В большинстве случаев контроль осуществляется осязательным восприятием. Рабочие, касаясь рукой, определяют примерную температуру облицованной заготовки, после чего принимают решение продолжать остужать и выдерживать под давлением или – нет (если заготовка чуть теплая, значит можно останавливать процесс прессования). Такой способ контроля не дает точного понимания, какая была температура клеевого слоя в момент выравнивания давления. Если снять давление слишком рано, то впоследствии может произойти отслаивание пленки ПВХ от основы. Причем, это может произойти не сразу. Если снимать давление позже достигнутых параметров, то неоправданно затрачивается время на выдержку. Соответственно рабочие простаивают, оборудование излишне эксплуатируются.Мониторинг с использованием систем измерения температуры, показывающих температуру в режиме онлайн, позволяет правильно определить оптимальный момент прекращения прессования. На рисунке 10 в графике данный момент обозначен точкой 6. То есть момент, когда максимально нагретый участок остынет до температуры отвержденного клеевого слоя. Для уменьшения времени охлаждения применяют вентиляторы, которые не равномерно остужают заготовки. При размещении системы измерения температуры, нужно учитывать это и размещать её местах, где заготовка остывает дольше.Использование системы измерения температуры необходимо при подборе режимов прессования, в связи использования новой «не знакомой» пленки, нового клея (желательно при использовании каждой новой партии), в случаях появления брака (отслоений пленки ПВХ). Для достоверности правильного подбора режима, измерения нужно выполнять под строгим контролем соблюдения правил подготовки клея и заготовок, правил нанесения клея, его сушки, должны соблюдаться требования к помещению и рабочему месту.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 1
Ссылка для цитирования:
Маслак Р.М. МЕТОД ПОДБОРА РЕЖИМОВ ПРЕССОВАНИЯ ПЛЕНОК ПВХ НА МЕМБРАННО-ВАКУУМНОМ ПРЕССЕ // Вестник науки №6 (87) том 1. С. 1716 - 1731. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23786 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+