Snoerloze hechting: Schoon en Duurzaam

Hotmelt-lijmen voor het sluiten van verpakkingen zijn een succesverhaal: de lange termijn efficiëntie, flexibiliteit en procesbetrouwbaarheid zijn ongeëvenaard. Tijdens het proces brengen spuitmonden stipjes of druppels van de hete lijm aan op de te verlijmen oppervlakken. Dit heeft vaak een ongewenst neveneffect, waarbij de aangebrachte lijm een fijne draad materiaal van de spuitmond meesleept. Een veelgebruikte eufemisme voor dit probleem is engelenhaar. Experts op dit gebied noemen het stringing.

Het probleem identificeren

De lengte van deze fijne draden bepaalt hoe ernstig de machine na verloop van tijd verontreinigd zal raken in een industriële omgeving. Een draad van slechts enkele millimeters op de enkele druppel kan zich opstapelen tot een aanzienlijke hoeveelheid in een hoogdoorvoerproces. Naast het verspillen van lijm verhoogt dit ook de schoonmaakinspanning, wat leidt tot langere onderhouds- en productieonderbrekingen.

Het succes van PO-hotmelt-lijmen heeft het probleem nog moeilijker gemaakt. Naast een hoge thermische stabiliteit in de smelter, kenmerken deze lijmen zich ook door een breed scala aan hechting. Ze hebben een formidabele capaciteit om zich aan de meest verschillende materialen te hechten - inclusief machineonderdelen. Schoonmaken en onderhoud kunnen daarom moeilijker worden. Het is daarom des te belangrijker om ervoor te zorgen dat de lijm precies alleen daar wordt aangebracht waar het nuttig is. In het slechtste geval kan dit anders leiden tot vervuilde producten die niet meer verkocht kunnen worden en die moeizaam moeten worden schoongemaakt of zelfs weggegooid.

De stringing van hotmelt-lijmen wordt door veel factoren beïnvloed. Onder ongunstige omstandigheden kunnen meerdere factoren tegelijkertijd optreden en leiden tot aanzienlijke spinnenwebben van lijmdraden. Afhankelijk van de hoeveelheid stringing kan de productielijn dan lijken op het huis van Aragog, de reusachtige spin uit Harry Potter. Magie is echter niet nodig om deze overlast te verhelpen. Alles wat moet worden gedaan is om de mogelijke oorzaken één voor één te identificeren en te optimaliseren, van het proces tot de applicatorapparatuur en tot de lijm zelf.

Het proces optimaliseren

Begin met het controleren van de procesparameters, met de focus op de verwerkingstemperatuur. Deze bepaalt de viscositeit van de lijm en beïnvloedt grotendeels de afsnijding van de lijm bij de spuitmond. De temperatuur bij de applicatorkop is bijzonder belangrijk. Een stijging van slechts vijf graden Celsius in dat gebied kan de stringing al aanzienlijk verminderen. De temperatuur in de laatste paar millimeters vóór de toepassing is doorgaans bepalend.

Soms komt de werkelijke temperatuur mogelijk niet overeen met de temperatuurinstelling in de machine. Dit kan bijvoorbeeld worden veroorzaakt door oude applicatieapparatuur. Temperatuurfluctuaties kunnen ook een gevolg zijn van de lengte, locatie, bevestigingen en hoek van de hotmelt-hoses, afhankelijk van de snelheid en consistentie van de lijmstroom - mogelijk een oorzaak van onregelmatige stringing.

Omgevingsomstandigheden kunnen ook invloed hebben op de temperatuur van de lijm. Open deuren en ramen, ongunstig geplaatste ventilatoren of hoge procesnelheden kunnen leiden tot tocht. Dit kan de applicatorkop en de lijm afkoelen en de stringing verhogen. Bovendien kunnen dunne lijmdraden in de machine of door de ruimte worden geblazen.

Als de spuitmond te ver van het substraat verwijderd is, zal de lengte van de draden ook toenemen door het hogere temperatuurverschil in de lijm: Terwijl het materiaal nog steeds extreem heet is bij de punt van de spuitmond, is het al aanzienlijk afgekoeld op het substraat door de afstand. Dit bevordert lange draden. De afstand moet daarom in het proces zoveel mogelijk worden verminderd.

Eenvoudig te verhelpen, maar vaak over het hoofd gezien: de positie. Druppels en stipjes die voorbij de rand van het substraat worden geperst, hebben geen nut. Ze verhogen alleen het lijmverbruik en vervuilen machineonderdelen. Een korte draad onder de gelijmde klep is niet zo erg als een draad die zichtbaar is. Zorg ervoor dat de lijm op de juiste plaats wordt aangebracht en op voldoende afstand van de rand van het substraat.

De mogelijkheden om de afsnijding van de lijmdraad binnen de processen te optimaliseren zijn echter beperkt. Deze beperkingen worden bepaald door de gebruikte machines. Zorgen voor een veilige sluiting van de verpakking is over het algemeen belangrijker dan het apparatuur vlekkeloos schoon te houden. Als de bovenstaande stappen geen bevredigend resultaat opleveren, controleer dan de volgende beïnvloedende factoren.

De invloed van de apparatuur

Een andere factor die het stringing-gedrag beïnvloedt, naast de procesomstandigheden, is de applicatieapparatuur. Het mechanisme binnen applicatorkoppen kan elektropneumatisch zijn (lucht open/veer gesloten, of lucht open/lucht gesloten) of volledig elektrisch zonder perslucht. Beide technologieën zorgen voor een nauwkeurige lijmaanbrenging. Applicatorkoppen met een hoge sluitkracht kunnen echter de lijmdraad onder ongunstige omstandigheden schoner afsnijden.

Applicatiespuitmonden zijn beschikbaar in een breed scala aan ontwerpen. De eigenschap die het belangrijkst is bij het proberen te verminderen van stringing is het capillaire volume, d.w.z. de holte binnenin de spuitmond. Een kleiner volume bij de punt van de spuitmond vóór de klepzitting bevordert een schone lijmafsluiting. Naald-zittingkleppen leveren daarom routinematig betere resultaten in het veld in vergelijking met bal-zittingkleppen. Ervaring leert ook dat multikanaal-, lange-spleet- of hoekspuitmonden vaker problemen veroorzaken dan korte spuitmonden met slechts één kanaal. De spuitmond is de spreekwoordelijke bottleneck voor een schone lijmafsluiting.

Lijmverandering kan een kans zijn

Als de vorige benaderingen niet effectief zijn geweest of niet kunnen worden uitgevoerd, blijft de optie om de lijm te veranderen. Een schone materiaalafsnijding bij de spuitmond is over het algemeen gemakkelijker met een laagviskeuze lijm. Het is echter ook mogelijk om lijmen te formuleren die vrijwel geen stringingneiging hebben met de juiste mix van grondstoffen.

In de meeste gevallen zijn de schone alternatieven gemakkelijk te vinden. De nieuwe lijm moet vervolgens worden getest om te zorgen dat deze voldoet aan de eisen, bijvoorbeeld korte cyclustijden, hoge herstelforces, veeleisende oppervlakken of speciale temperatuurbestendigheid. Jowat put uit tientallen jaren ervaring op dit gebied en voert de noodzakelijke testen uit met moderne testapparatuur en gratis voor zijn klanten. De implementatie in de productieomgeving wordt vervolgens begeleid door de ervaren applicatiespecialisten van de lijmfabrikant. Idealiter zal de gekozen oplossing niet alleen de stringing verminderen, maar ook aanvullende voordelen bieden.

Het doel: Lijmprocessen met verhoogde duurzaamheid

Een schone materiaalafsnijding bij de spuitmond bespaart ook middelen door het verbruik van lijm en stilstanden te verminderen. Het minimaliseren van de stringing is daarom een belangrijk doel voor Jowat bij de ontwikkeling van duurzame lijmen. Het belang van deze zaak voor de lijmfabrikant uit Detmold blijkt niet alleen uit talrijke samenwerkingen met de wetenschappelijke sector - meest recent met de Hochschule München University of Applied Sciences - en leidende ingenieursbedrijven, maar ook uit de interne onderzoeksinspanningen op dit gebied. Vorig jaar heeft Jowat geïnvesteerd in een ultramoderne eenheid voor de grondige analyse van lijmafsluiting. De eenheid kan een breed scala aan verschillende procesomstandigheden simuleren. Of het nu gaat om temperatuur, druk, afstand, snelheid of verschillende applicatorkoppen en spuitmonden: Alles kan vrij worden aangepast en geconfigureerd voor nauwkeurige reproduceerbaarheid. Dit is belangrijk omdat elke lijm anders reageert op de verschillende combinaties van deze factoren.

Aan het eind kan worden samengevat dat er verschillende vuistregels en algemene tips zijn om de afsnijding te verbeteren, maar er is geen wondermiddel dat het probleem in alle individuele gevallen oplost. Desondanks ontwikkelt de lijmfabrikant voortdurend nieuwe en geoptimaliseerde hoogpresterende lijmen op basis van zijn uitgebreide toepassingskennis. Het doel: Altijd een stap voor zijn op de markt op het gebied van duurzaamheid.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift "packaging journal 05-06/2023".