Mechanical mixing and deaeration station for adhesive compositions

• Autorzy: Miturska-Barańska Izabela

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2023.4.5

Warianty tytułu

PL

Stanowisko do mechanicznego mieszania i odpowietrzania kompozycji klejowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the design of a specialised mixing and deaeration station for adhesive compositions. The aim of the work was to present a device for simultaneous mixing and gas bubble removal, as well as to verify the correctness of the practical application of the station by conducting experimental tests. In the experimental research, the subject of the study was an adhesive composition of the Epidian 5 epoxy resin with the PAC curing agent, which was prepared using four mixing methods carried out with the use of the station for simultaneous mixing and deaeration. The first mixing variant (V1) consisted of mixing the adhesive composition with a paddle mixer at 1170 rpm for 3 minutes, while in the second variant (V2) mixing was carried out with a dispersing disc mixer at 1170 rpm for 3 minutes. The third variant (V3) of mixing was carried out as variant 2, except that the adhesive composition was subjected to deaeration during mixing, while variant 4 (V4) additionally used deaeration of the composition after the mixing process for 2 minutes. The tested adhesive composition was physically modified by adding particles of calcium carbonate CaCO3 to verify the correct mixing of the composition components. The prepared samples were subjected to tensile and compressive strength tests. The structure of the prepared samples was also analysed using scanning electron microscopy (SEM). The tests carried out showed that the stand for simultaneous mixing and deaeration of adhesive compositions meets the expectations set for it. Mixing variant 4, in which mixing was realised using a dispersing disc mixer, proved to be the most favourable mixing method. Mixing was carried out at a speed of 1170 rpm for 3 minutes. In addition, during the mixing process, a deaeration process of the mixed composition was carried out, as well as deaeration was realised after the mixing process in a time of 2 minutes. Changing the mixing parameters contributed to an increase in both the tensile strength and compressive strength of the tested compositions. SEM analysis of the observed samples showed that changing the mixing parameters reduced the amount of air bubbles in the adhesive structure and, in the case of modified compositions, resulted in a better distribution of the filler in the structure of the mixed compositions.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono projekt specjalizowanego stanowiska do mieszania i odpowietrzania kompozycji klejowych. Celem pracy była prezentacja urządzenia do jednoczesnego mieszania i usuwania pęcherzy gazowych, a także sprawdzenie prawidłowości praktycznego zastosowania stanowiska przez przeprowadzenie badań doświadczalnych. W badaniach doświadczalnych przedmiotem badań była kompozycja klejowa żywicy epoksydowej Epidian 5 z utwardzaczem PAC, którą przygotowano z zastosowaniem 4 sposobów mieszania realizowanych z użyciem stanowiska do jednoczesnego mieszania i odpowietrzania. Pierwszy wariant mieszania (V1) polegał na mieszaniu kompozycji klejowej mieszadłem łopatkowym z prędkością 1170 obr/min w czasie 3 minut, w drugim wariancie (V2) mieszanie realizowano z zastosowaniem mieszadła tarczowego dyspergującego z prędkością 1170 obr/min w czasie 3 minut. Trzeci wariant (V3) mieszania był realizowany tak jak wariant 2, z tym że kompozycję klejową poddano odpowietrzaniu w trakcie mieszania, natomiast w wariancie 4 (V4) zastosowano dodatkowo odpowietrzanie kompozycji po procesie mieszania w czasie 2 minut. Badaną kompozycję klejową poddano fizycznej modyfikacji poprzez dodanie cząsteczek węglanu wapnia CaCO3 celem weryfikacji poprawności zmieszania składników kompozycji. Wykonane próbki poddano badaniom wytrzymałości na rozciąganie i ściskanie. Analizowano również strukturę wykonanych próbek z zastosowaniem skaningowej mikroskopii elektronowej. Przeprowadzone badania wykazały, że stanowisko do jednoczesnego mieszania i odpowietrzania kompozycji klejowych spełnia stawiane mu oczekiwania. Najkorzystniejszym sposobem mieszania okazał się 4 wariant mieszania, w którym mieszanie zrealizowano z użyciem mieszadła tarczowego dyspergującego. Mieszanie realizowano z prędkością 1170 obr/min w czasie 3 minut. Dodatkowo w trakcie mieszania przeprowadzano process odpowietrzania mieszanej kompozycji, jak również odpowietrzanie realizowano po procesie mieszania w czasie 2 minut. Zmiana parametrów mieszania przyczyniła się do wzrostu wytrzymałości zarówno na rozciąganie, jak i wytrzymałości na ściskanie badanych kompozycji. Analiza SEM obserwowanych próbek wykazała, że zmiana parametrów mieszania pozwala zmniejszyć ilość pęcherzy powietrza w strukturze kleju, a w przypadku kompozycji modyfikowanych spowodowała lepsze rozprowadzenie napełniacza w strukturze mieszanych kompozycji.

Słowa kluczowe

EN

mixing; adhesive process; adhesive composition; SEM

PL

mieszanie; proces klejenia; kompozycja klejowa; SEM

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 38--47
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., il. (w tym kolor.), rys., wykr.

Twórcy

autor

Miturska-Barańska Izabela

• Lublin University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Computerization and Production Robotization, Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Axentowicz, M., & Karpiński, J. (1994). One- and two-component adhesives manufactured by Ciba-Geigy offered as Araldit 2000 and Araldit 4000. Assembly Techniques and Technologies, 2, 43-46.
• 2. Bereska, B., Iłowska, J., Czaja, K., & Bereska, A. (2014). Curing agents for epoxy resins. Chemical Industry, 93(4), 443-448.
• 3. BN-89 6376-02 - Industry standard. Epoxy resins Epidian 1, 2, 3, 4, 5, 6. (b.d.).
• 4. BN-72/2222-06 - Two-blade mixers (in Polish). (b.d.).
• 5. BN-75/2225-06 - Open steel rotor stirrers d=200÷800 mm (in Polish).
• 6. BN-75/2225-07 - Closed Steel Rotor Mixers (in Polish).
• 7. Broniewski, T., Kapko, J., Płaczek, W., & Thomalla, J. (2000). Test methods and evaluation of the properties of plastics (2nd revised edition). Scientific and Technical Publishers.
• 8. Chikhi, N., Fellahi, S., & Bakar, M. (2002). Modification of epoxy resin using reactive liquid (ATBN) rubber. European Polymer Journal, 38(2), 251-264.
• 9. Cognard, P. (Red.). (2006). Handbook of adhesives and sealants (1st ed). Elsevier.
• 10. Czub, P., & Penczek, P. (2002). Chemistry and technology of epoxy resins. Scientific and Technical Publishers.
• 11. Ebnesajjad, S. (2008). Adhesives technology handbook (2nd ed). William Andrew Pub.
• 12. Godzimirski, J. (1997). Structural adhesive joints of metal components in mechanical engineering. Rzeszów University of Technology Publishing House.
• 13. Habenicht, G. (2009). Applied adhesive bonding: A practical guide for flawless results. Wiley-VCH.
• 14. He, H., Li, K., Wang, J., Sun, G., Li, Y., & Wang, J. (2011). Study on thermal and mechanical properties of nano-calcium carbonate/epoxy composites. Materials & Design, 32(8-9), 4521-4527.
• 15. Information catalogue of Ciech S.A. - https://ciechgroup. com/produkty/chemia-organiczna/zywice/zywice-epoksydowe/ [access: 20.02.2018].
• 16. ISO 604 - Plastics-Determination of properties in compression.
• 17. Jin, F.-L., & Park, S.-J. (2008). Interfacial toughness properties of trifunctional epoxy resins/calcium carbonate nanocomposites. Materials Science and Engineering: A, 475(1-2), 190-193.
• 18. Kacperski, M. (2004). Preliminary study on the effect of modifier type on the properties of epoxy/bentonite nanocomposites. Composites, 9, 28-32.
• 19. Kamieński, J. (2004). Mixing of multiphase systems. Scientific and Technical Publishers.
• 20. Katnam, K.B., Stevenson, J.P.J., Stanley, W.F., Buggy, M., & Young, T.M. (2011). Tensile strength of two-part epoxy paste adhesives: Influence of mixing technique and micro-void formation. International Journal of Adhesion and Adhesives, 31(7), 666-673.
• 21. Królikowski, W., & Rosłaniec, Z. (2004). Polymer nanocomposites. Composites, 9(4), 3-16.
• 22. Michels, J., Sena Cruz, J., Christen, R., Czaderski, C., & Motavalli, M. (2016). Mechanical performance of cold-curing epoxy adhesives after different mixing and curing procedures. Composites Part B: Engineering, 98, 434-443.
• 23. Miturska-Barańska, I., & Rudawska, A. (2021). Possibility of increasing the strength of adhesive joints of aluminium alloy sheets in terms of epoxy adhesive modification: Experimental studies. Lublin University of Technology Publishing House.
• 24. Miturska, I., Rudawska, A., Müller, M., & Hromasová, M. (2021). The Influence of Mixing Methods of Epoxy Composition Ingredients on Selected Mechanical Properties of Modified Epoxy Construction Materials. Materials, 14(2), 411.
• 25. Miturska, I., Rudawska, A., Müller, M., & Valášek, P. (2020). The Influence of Modification with Natural Fillers on the Mechanical Properties of Epoxy Adhesive Compositions after Storage Time. Materials, 13(2), 291.
• 26. Miturska-Barańska, I. (2022). Mixing of multicomponent adhesive compositions. Lublin University of Technology Publishing House.
• 27. Park, Su-Jin. (2009). Thermal Stability of Trifunctional Epoxy Resins Modified with Nanosized Calcium Carbonate. Bulletin of the Korean Chemical Society, 30(2), 334-338.
• 28. PN-EN ISO 527-1 - Plastics-Determination of mechanical properties in static tension (in Polish).
• 29. Rudawska, A. (2019). Adhesive mixing and applying device. Technologia i Automatyzacja Montażu, 3, 42-45.
• 30. Rudawska, A. (2016). Instrumentation in bonding technology. Lublin University of Technology Publishing House.
• 31. Yoon, I.-N., Lee, Y., Kang, D., Min, J., Won, J., Kim, M., Soo Kang, Y., Kim, S., & Kim, J.-J. (2011). Modification of hydrogenated Bisphenol A epoxy adhesives using nanomaterials. International Journal of Adhesion and Adhesives, 31(2), 119-125.
• 32. Zebarjad, S.M., & Sajjadi, S.A. (2008). On the strain rate sensitivity of HDPE/CaCO3 nanocomposites. Materials Science and Engineering: A, 475(1-2), 365-367.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).