點膠設(shè)備介紹

吳經(jīng)同

（上?；靥煨虏牧嫌邢薰?，上海 201616）

隨著膠粘技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，膠粘劑的點膠方式正在向機(jī)械化、自動化和高精度化方向發(fā)展。作為膠粘劑研發(fā)和應(yīng)用人員，需要對常用點膠設(shè)備的組成、功能有全面的認(rèn)識和了解，能夠針對膠粘劑的特性幫用戶選擇合適的點膠設(shè)備，解決設(shè)備在使用時出現(xiàn)的各種問題，優(yōu)化工藝參數(shù)，使設(shè)備達(dá)到最佳的使用效果。本文將對點膠設(shè)備的組成、功能、常見問題的解決方法及工藝參數(shù)優(yōu)化等作簡要介紹。

1 點膠設(shè)備的功能、分類、構(gòu)成及選型原則

1.1 點膠設(shè)備的功能

點膠設(shè)備是在膠粘劑應(yīng)用中，為了減少膠粘劑的浪費(fèi)，實現(xiàn)自動化點膠，提高施膠效率和精確度的有效控制機(jī)器。根據(jù)客戶需求，采用不同的點膠方法，讓膠粘劑在工業(yè)自動化下應(yīng)用得更簡單更科學(xué)，借助點膠設(shè)備可以實現(xiàn)不同應(yīng)用功能下的點膠，如定量灌封、殼體密封、灌封保護(hù)、在線成型、表面涂覆和底部填充。

1.2 點膠設(shè)備的分類

常見的點膠設(shè)備有手持式膠槍，半自動式氣動點膠機(jī)，三軸桌面式機(jī)器平臺，全自動立體點膠機(jī)器手臂等，如圖1所示。

圖1 點膠設(shè)備Fig.1 Type of dispensing equipments

1.3 點膠設(shè)備的構(gòu)成

點膠設(shè)備由以下幾個系統(tǒng)組成：（1）控制膠粘劑流速流量與出膠形狀的點膠閥和點膠針頭；（2）提供連續(xù)不斷膠粘劑供給的供料系統(tǒng)；（3）控制膠粘劑出膠時間和位置的點膠控制器；（4）實現(xiàn)膠粘劑與產(chǎn)品形狀和要求完美匹配的功能型點膠平臺；（5）如果是雙組分膠粘劑體系，點膠設(shè)備還需要加裝一個雙組分精確計量系統(tǒng)；（6）雙組分膠粘劑混合系統(tǒng)。

1.3.1 點膠閥類型和功能

點膠閥的種類很多，通常根據(jù)膠粘劑的黏度、單位時間內(nèi)的出膠量、供膠壓力和點膠類型選擇相對應(yīng)的點膠閥，常見的點膠閥及其功能見表1。

表1 常見的點膠閥及其功能Tab.1 Common dispensing valves and their functions

1.3.2 點膠針頭的類型和功能

點膠針頭的類型和功能如表2所示。

表2 點膠針頭的類型和功能Tab.2 Type and function of dispensing needles

撓性針頭 防止點膠過程中碰傷元器件，用于緊密元氣件點膠保護(hù)斜式針頭 高黏度或超高黏度流體的點膠應(yīng)用特氟龍針頭 適用于瞬干膠，厭氧膠等對濕氣或金屬敏感的膠水，或是有腐蝕性液體的點膠控制扁平針頭 適用于扁平式膠條的點膠，尤其適合點平面密封類的橡膠條。

1.3.3 供料系統(tǒng)

供料也是設(shè)備的一個關(guān)鍵組成部分，一個合適的供料系統(tǒng)，不僅可以為點膠機(jī)提供穩(wěn)定的出膠環(huán)境，也可以讓膠粘劑在使用時杜絕接觸環(huán)境造成污染或是空氣進(jìn)入點膠管道，影響點膠效果。常見的供料系統(tǒng)見表3。

表3 常見的供料系統(tǒng)Tab.3 Common feeding systems

1.3.4 控制器

控制器是用來聯(lián)通機(jī)器平臺與點膠閥的紐帶，用來控制點膠閥開關(guān)，常見的控制器有噴霧閥控制器，氣動活塞閥控制器，多閥控制器，蠕動點膠閥控制器等，見圖2。

圖2 常見的控制器Fig.2 Common controllers

1.3.5 點膠平臺

為了讓膠粘劑按預(yù)設(shè)的方式點膠，比如打點、劃線、選擇性注膠、涂覆，就需要借助點膠機(jī)的點膠平臺。一般點膠的路徑有平面式或立體式，點膠機(jī)分為半自動式或是全自動流水線2種方式，點膠機(jī)的點膠平臺類型如表4所示。

表4 點膠機(jī)的點膠平臺Tab.4 Glue dispensing platforms for glue dispensers

1.3.6 雙組分膠粘劑混合系統(tǒng)

雙組分膠粘劑混合系統(tǒng)包括雙組分計量泵、壓力桶/壓盤泵、雙組分膠閥、靜態(tài)混料管、穩(wěn)壓器（見圖3）。主要應(yīng)用于灌封、就地成型墊片、灌封填充、發(fā)泡成型、結(jié)構(gòu)粘接、密封涂布。

圖3 雙組分點膠混合系統(tǒng)Fig.3 Mixing system for two-component adhesive

雙組分膠粘劑采用計量缸式柱塞泵和齒輪式體積計量泵的精準(zhǔn)計量。計量缸式柱塞泵，按照計量缸的橫截面比例，在2個缸體活塞相同的運(yùn)動距離下，定量出膠，這種計量方式出膠比例誤差小，計量準(zhǔn)確，且膠粘劑中的填料對缸體的影響小，維修成本低（見圖4）。

圖4 柱塞泵的工作原理Fig.4 Working principle of plunger pump

齒輪式體積計量泵，簡稱齒輪泵，通過齒輪的咬合，把等體積的膠粘劑液體吸入或排出，再通過齒輪的旋轉(zhuǎn)速度不同，可以控制單位時間內(nèi)的出膠量，進(jìn)而控制A、B組分的出膠比例（見圖5）。

圖5 齒輪泵的工作原理Fig.5 Working principle of gear pump

1.4 點膠設(shè)備的選型原則

設(shè)備選型時通常考慮以下5個方面的內(nèi)容，如表5、表6所示。

表5 點膠設(shè)備的選型原則Tab.5 Selection principles for glue dispensing equipments

表6 特殊應(yīng)用的設(shè)備選型Tab.6 Equipment selection for special applications

2 非接觸式點膠方式研究和接觸式點膠常見問題的解決方法

2.1 非接觸式點膠方式

非接觸式點膠在電子行業(yè)如line bar燈條上的應(yīng)用非常廣泛，其設(shè)備見圖6，以非接觸式點膠過程中膠水黏度，觸變與設(shè)備參數(shù)的配合為例，研究影響非接觸式點膠中的散點、膠型保持和噴射高度之間的互為影響關(guān)系。

圖6 非接觸式點膠Fig.6 Non-contact type dispensing

Line bar行業(yè)的用膠點是PC透鏡與PCB的粘接，是通過在PCB的指定位置，通過定量快速點膠，把PCB透鏡的3個連接點安裝上，再進(jìn)行80～90 ℃大約15 min的回流爐固化，把PC透鏡粘接到PCB燈條上。

該應(yīng)用的點膠方式是快速定量點膠，點膠點的速度決定了生產(chǎn)效率。采用這種非接觸式的噴射點膠，單個點點膠速度可以在5 ms內(nèi)完成。

目前點膠時常常遇到的問題是膠粘劑與設(shè)備的匹配問題，希望在點膠過程中膠點是一個饅頭型，且在未裝配透鏡前，膠點的饅頭型保持率好，膠點形狀無變化，這就需要膠水在常溫下的黏度高，觸變性好，這樣才能使膠點在形成后形狀保持良好。在實際點膠過程中，噴射閥跟柱塞閥不同，在高速噴點的時候，如果黏度太高，膠粘劑就噴不出來，容易粘在出膠嘴，形成不了完整的點；黏度太低，膠點的形狀保持性又不好，而且還容易產(chǎn)生散點，拖尾的現(xiàn)象，影響燈條點膠質(zhì)量。所以，設(shè)備和膠粘劑的匹配度很關(guān)鍵。

2.2 膠粘劑的黏度與噴嘴口徑的匹配

噴射閥在用于低黏度流體的點膠時，如底填膠，一般使用0.2 mm的噴嘴，但當(dāng)使用上萬黏度且?guī)в杏|變性的膠粘劑時，就無法有效劃線或打點，所以高黏度膠粘劑使用時，除了噴嘴溫度設(shè)置外，噴嘴的口徑選擇也很關(guān)鍵。例如在諾信S-800平臺，使用DJ-8000噴射閥，出膠口加熱溫度40 ℃，氣壓0.17 MPa，以點膠600個點為研究對象，結(jié)果見表7。

表7 在諾信S-800平臺使用DJ-8000噴射閥測試結(jié)果Tab.7 Test results of DJ-8000 injection valve on Norse S-800 platform

從本次實驗可看出，對于不同黏度的膠粘劑，咋使用噴射閥時，也要選擇合適口徑的噴嘴，才能得到符合要求的膠點形狀和高效快速的出膠效率。

以回天6660環(huán)氧樹脂膠為對象，研究膠粘劑在不同黏度和觸變下點膠后膠點形狀的保持和高速點膠時散點拖尾出現(xiàn)的概率，來找到這種工藝的膠粘劑與設(shè)備最佳匹配方案。

測試設(shè)備：諾信S-800點膠平臺配合諾信DJ-8000噴射閥，膠嘴直徑0.8 mm，出膠口加熱溫度40 ℃，點膠高度15 cm，出膠速度5 ms/周期；

測試膠粘劑：回天6660；測試結(jié)果見表8～11。

表8 黏度對點膠形狀和散點的影響Tab.8 Influence of viscosity on dispensing shape and scatter

結(jié)論：在使用噴射閥點膠時，膠粘劑黏度增大時，膠點的形狀保持好，散點出現(xiàn)的概率也會減少。

表9 觸變性對點膠形狀和散點的影響Tab.9 Influence of thixotropy on dispensing shape and scatter

結(jié)論：當(dāng)初始黏度保持相同的條件下，隨著觸變指數(shù)的變大，膠水的散點比例也會降低，并且散點改善明顯。

表10 點膠頭溫度對點膠形狀和散點的影響Tab.10 Influence of dispensing head temperature on dispensing shape and scatter

結(jié)論：30 ℃和60 ℃出現(xiàn)散點的概率較大，所以選擇合適的點膠溫度，對散點的改善也很關(guān)鍵。

表11 噴射高度對點膠形狀和散點的影響Tab.11 Influence of spraying height on dispensing shape and scatter

結(jié)論：散點出現(xiàn)的概率和噴射的高度也有很大的關(guān)系，隨著噴射高度的降低，散點出現(xiàn)的概率也大大降低。

綜上可知，在噴膠過程中，散點的形成不僅與設(shè)備的參數(shù)有密切關(guān)系，而且與膠粘劑本身的黏度、觸變性也有很大的關(guān)系。對于設(shè)備來說，除了參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化外，更需要所使用的膠粘劑有合適黏度和觸變指數(shù)，才能獲得良好的點膠效果。如在Line bar行業(yè)應(yīng)用時，首先要保證膠粘劑形狀，所以需要膠粘劑有較高的黏度和觸變。高黏度膠使用噴射閥極難出膠，所以在噴嘴處對膠粘劑進(jìn)行加熱，降低膠粘劑噴射瞬間的黏度，同時也提高膠粘劑觸變指數(shù)，使膠粘劑在剪切運(yùn)動時黏度較小，2部分作用，最大程度降低噴射時黏度，順利完成出膠；同時，在到達(dá)基板表面，膠水溫度降低，黏度升高，觸變越明顯，這種增粘效果越好，促進(jìn)了膠粘劑凝聚減少散點產(chǎn)生。

2.3 接觸式點膠常見問題的解決方法

以密封膠在平面密封時打膠為例，總結(jié)點膠過程中遇到的問題。

1）膠條出現(xiàn)粗細(xì)不一致，膠線不飽滿

原因分析：劃線時，膠水是先到達(dá)點膠面，然后隨著出膠量的增加，由下而上的填充成型，一般膠條剖面是呈半圓形；出現(xiàn)S型，主要是點膠嘴與基板高度過高，膠水沒有到達(dá)底部，點膠頭已經(jīng)離開該位置，所以膠條被拉成粗細(xì)不一致，膠線不飽滿。

解決方法：調(diào)整點膠高度，主要是降低點膠高度，直到膠線粗細(xì)一致為止。

2）做平面密封時，打回形或圓形膠條，在開頭和收尾處出現(xiàn)銜接不好的問題。

原因分析：開始時，出膠較少或較多，造成出膠少或者多，達(dá)不到理想的量；收尾時，斷膠困難，或關(guān)膠不及時，造成出膠量大，每次點膠，重現(xiàn)性差，不穩(wěn)定。

解決辦法：出膠時間和位置的控制，與膠閥的靈敏性有關(guān)，一般將普通的時間壓力式出膠的出膠頭加裝氣動控制閥，這樣出膠時間和位置與膠粘劑中壓力無關(guān)，只與控制閥有關(guān)，而控制閥的開關(guān)只與輸入的信號有關(guān)，與膠粘劑壓力無關(guān)，這樣就可以實現(xiàn)流體的快速開關(guān)和一致重現(xiàn)性好的要求。

3）高黏度膠粘劑出膠困難，點膠速度慢

原因分析：高黏度流體點膠時，往往面臨的是出膠困難，打膠速度慢的困境，例如黏度超百萬的高導(dǎo)熱硅脂，用一般的時間壓力方式，就很難出膠。這主要是黏度高，阻力大，阻力來自2個方面，一是包裝管內(nèi)流體流動的阻力；二是輸送管道和點膠針頭的阻力，所以克服這些阻力，只能通過提高泵膠壓力和減少出膠頭的阻力來完成。

解決辦法：一是供膠壓力采用氣缸推桿式，在相同的氣壓下可以提高供膠壓力；二是改變出膠針頭的形狀，使出膠針頭由針型點膠頭改成錐形點膠頭，由于錐形針頭的內(nèi)徑是由粗變細(xì)的形狀，出膠口處是最小的內(nèi)徑，而針型針頭，內(nèi)徑大小不變，且內(nèi)徑與出膠口一致，所以錐形針頭能有效降低出膠阻力。