تحسين عمليات المواد اللاصقة بالذوبان الساخن (HMA) من خلال التحكم المتقدم في اللزوجة

• 1. مقدمة
• 2. نظرة عامة حول الصناعة
• 2.1 المواد اللاصقة بالذوبان الساخن
• 2.2 أنواع الخلطات الإسفلتية الساخنة
• 2.3 عملية إنتاج المواد اللاصقة بالذوبان الساخن
• 2.4 معايير المراقبة الرئيسية
• 3. Rheonics مقياس اللزوجة المدمج
• 3.1 تركيب مقياس لزوجة SRV لعملية إنتاج الخلطات الإسفلتية الساخنة
• 3.2 فوائد مراقبة اللزوجة أثناء التشغيل
• 4. المراجع

تُعدّ المواد اللاصقة بالذوبان الساخن (HMA) تركيبات معقدة من البوليمرات والراتنجات والشموع والمواد المضافة التي تمنحها خصائصها الفريدة. يعتمد العملاء على أداء هذه المواد اللاصقة بثبات في تطبيقاتهم، مثل التغليف وتجليد الكتب وتجميع المنتجات، وغيرها. لذا، يُعدّ رصد تركيبها أثناء عملية الإنتاج أمرًا أساسيًا لضمان الجودة. تُعتبر اللزوجة معيارًا رئيسيًا لمراقبة إنتاج المواد اللاصقة بالذوبان الساخن لأسباب عديدة، إذ تؤثر على كل شيء بدءًا من جودة المواد الخام وصولًا إلى أداء المنتج النهائي وكفاءة الإنتاج.

اللاصق الحراري (HMA) أو "الغراء الساخن" هو نوع من أنواع المواد اللاصقة المصنوعة من البوليمرات الحرارية، ويكون في حالة صلبة عند درجة حرارة الغرفة، ويُستخدم كسائل منصهر عند تسخينه. يتم التسخين عادةً باستخدام مسدسات حرارية أو أجهزة مشابهة، حيث تُحوّل هذه الأجهزة المادة اللاصقة من حالتها الصلبة إلى حالة منصهرة أو سائلة، مما يُؤدي إلى تكوين رابطة عن طريق التبريد والتصلب. تُعدّ آلية التصلب هذه، التي تعتمد كلياً على فقدان الحرارة، سمة أساسية وميزة رئيسية للمواد اللاصقة الحرارية، إذ تُغني عن خطوات التجفيف أو المعالجة التي غالباً ما تتطلبها أنظمة المواد اللاصقة القائمة على المذيبات أو الماء [1].

تتميز المواد اللاصقة الساخنة (HMA) بخصائص رئيسية تجعلها مادة لاصقة شائعة الاستخدام:

• سرعة الضبط السريع: يُكوّن رابطة في غضون ثوانٍ بعد الاستخدام.
• تركيبة خالية من المذيبات: يقلل أو يزيل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOC).
• براعة في الترابط الركيزة: الركائز المسامية (مثل الورق والخشب) والركائز غير المسامية (مثل البلاستيك والمعادن).
• مناسب للاستخدام في ملء الفراغات: انكماش طفيف أو معدوم بعد التبريد
• صلاحية طويلة: تتميز الخلطات الإسفلتية الساخنة، في حالتها الصلبة، بسهولة التخزين والنقل مع الحد الأدنى من المتطلبات للحفاظ على خصائصها.
• عروض تقديمية مختلفة: تُستخدم عادةً كعصي غراء، ولكنها متوفرة أيضاً على شكل حبيبات ورقائق ووسائد وكتل وشرائح.

تُصنف أنواع المواد اللاصقة بالذوبان الساخن (HMAs) وتُفهم بشكل أساسي بناءً على خصائصها البوليمر الأساسيوذلك لأن البوليمر الأساسي يشكل "العمود الفقري" للمادة اللاصقة ويحدد إلى حد كبير خصائصها الأساسية، مثل القوة، والمرونة، والالتصاق بالركائز المختلفة، والثبات الحراري (مدى كفاءته في درجات الحرارة العالية أو المنخفضة)، والمقاومة الكيميائية، ولزوجة الانصهار، والتكلفة، ووقت الفتحفي حين أن المواد اللاصقة والشموع والملدنات والمواد المضافة الأخرى ضرورية لضبط خصائص الأداء المحددة بدقة، فإن البوليمر الأساسي يوفر القدرات الكامنة في الخلطة الإسفلتية الساخنة.

تختلف عملية إنتاج الخلطة الإسفلتية الساخنة (HMA) باختلاف نوع المادة اللاصقة المطلوبة. يوضح الشكل 3 مثالاً على عملية الإنتاج، حيث يتم خلط المادة اللاصقة في خزانات، ثم تُضخ المادة المنصهرة عبر جهاز بثق لولبي أحادي وقالب يُعطي المادة اللاصقة شكلها النهائي. تُبرد الخلطة الإسفلتية الساخنة في النهاية باستخدام حمام مائي، ثم تُقطع إلى الطول المطلوب. فيما يلي شرح للخطوات الرئيسية.

تحضير المواد الخام

تُختار المواد الخام بعناية وتُقاس بدقة وفقًا للتركيبة المطلوبة للمادة اللاصقة المنصهرة بالحرارة. ويتم اختيار أنواع مختلفة من البوليمرات والمواد اللاصقة والشموع والمواد المضافة، وكلها في الحالة الصلبة، بناءً على التطبيق المقصود وخصائص الأداء المطلوبة.

ذوبان وخلط

تُنقل المواد الخام الصلبة بعد ذلك إلى وعاء خلط أو مفاعل مزود بغلاف تبريد للوصول إلى درجة حرارة الانصهار المطلوبة. وبدلاً من ذلك، يمكن إجراء الخلط في طاردات لولبية مزدوجة تقوم أيضاً بعملية البثق النهائية لاحقاً.

أثناء عملية الخلط، تُسخّن المواد إلى درجة حرارة محددة (عادةً ما بين 100 و235 درجة مئوية، حسب التركيبة). عند التسخين، تضعف قوى التجاذب بين جزيئات البوليمر، مما يسمح للمادة بالتدفق، فتتحول إلى حالة سائلة قابلة للتدفق، تُعرف باسم المادة المُسالة. [3] ومن هذه الحالة تُؤخذ معايير العملية الرئيسية، وتُقيّم، وتُحدد خصائصها لضمان جودة الإنتاج.

تضمن المحركات أو البراغي في جهاز البثق مزج جميع المكونات بشكل كامل ومتجانس. تُعدّ خطوة الصهر والخلط هذه بالغة الأهمية لتحقيق جودة ولزوجة ووظائف متسقة للمنتج النهائي.

هام: تتميز المواد اللاصقة بالذوبان الساخن (HMAs) بكونها فريدة من نوعها 100% صلب و لا تستخدم الماء أو المذيبات كناقلتُعدّ هذه ميزة رئيسية، إذ تُغني عن خطوات التجفيف أو المعالجة، وتُقلّل من المخاوف البيئية المرتبطة بالمركبات العضوية المتطايرة. هذا البوليمر لدن حراريًا، أي أنه يصبح لدنًا أو مرنًا عند التسخين، ويتصلب عند التبريد.

ملاحظة: معظم المواد اللاصقة الذائبة بالحرارة لدن بالحرارةوهذا يعني أنها تصبح سائلة عند تسخينها وتتصلب عند تبريدها. كما أنها قابلة للانعكاس؛ بمعنى أنه إذا أُعيد تسخينها بدرجة كافية، فإنها ستنصهر مرة أخرى وتفقد قوتها الداخلية.

لتجنب فقدان قوة الترابط عند درجات الحرارة العالية (إلا إذا كان المقصود هو إمكانية عكس العملية)، يجب أن تكون جزيئات البوليمر في المادة اللاصقة متشابك كيميائياً بعد أن تجف. هذا الترابط المتشابك يجعل الرابطة أكثر ديمومة ومقاومة للحرارة. ويتحقق ذلك بإضافة مكونات تفاعلية محددة تُضاف هذه المواد إلى تركيبة المادة اللاصقة أثناء عملية الخلط. وتُسمى المواد المنصهرة الساخنة التي تخضع لهذا التفاعل الكيميائي بعد التبريد بـ المواد اللاصقة الساخنة التفاعليةتُعد المواد اللاصقة الساخنة التفاعلية من البولي يوريثان (PUR) مثالاً على المواد اللاصقة الساخنة التفاعلية.

التفريغ

في بعض الحالات، وخاصةً في التطبيقات التي قد تؤثر فيها فقاعات الهواء سلبًا على الأداء، تُضاف خطوة إزالة الغازات. تتضمن هذه الخطوة تطبيق فراغ على خليط المادة اللاصقة المنصهرة في الأوعية لإزالة أي هواء محتبس أو مكونات متطايرة.

تصفية

يمكن تمرير المادة اللاصقة المنصهرة عبر نظام ترشيح. هذا يزيل أي شوائب أو جزيئات غير ذائبة أو مواد غريبة، مما يضمن نقاء وجودة المنتج النهائي.

البثق والتبريد

يُبثق اللاصق المنصهر عبر قالب ليأخذ الشكل المطلوب، مثل الحبيبات أو الرقائق أو الكتل أو العصي أو الصفائح. وبعد التشكيل مباشرة، يُبرد اللاصق المنصهر الساخن بسرعة، غالباً باستخدام أحزمة تبريد أو حمامات مائية. يؤدي هذا التبريد السريع إلى تصلب اللاصق وتحوله إلى شكله الصلب.

تجيهز المنصة و تسليمها

بمجرد أن يجتاز اللاصق المنصهر الساخن جميع فحوصات مراقبة الجودة، يتم تعبئته في حاويات مختلفة مناسبة للتوزيع والتطبيق، مثل الأكياس أو البراميل أو الخراطيش أو الأشكال المتخصصة الأخرى، وذلك حسب احتياجات المستخدم النهائي.

تُعدّ العديد من خصائص أداء المواد اللاصقة المنصهرة بالحرارة بالغة الأهمية لضمان سلاسة وكفاءة عمليات الإنتاج وتحقيق جودة الربط المطلوبة. تُقاس المعايير الرئيسية في الإنتاج في حالة المادة السائلة، بينما تُجرى اختبارات أخرى على المواد الخام الصلبة والمادة اللاصقة النهائية، وتُسمى هذه المعايير بمعايير الاختيار [3].

درجة الحرارة:
تُعدّ درجة حرارة الخلط عاملاً حاسماً لضمان ذوبان جميع المكونات وامتزاجها بشكل متجانس. درجة حرارة الذوبان هي درجة حرارة المادة اللاصقة المنصهرة قبل عملية البثق أو التعبئة والتغليف مباشرةً، وتؤثر هذه الدرجة على اللزوجة النهائية وسهولة الاستخدام.

اللزوجة: تُعرَّف اللزوجة بأنها مقاومة المادة اللاصقة المنصهرة للتدفق، ولها أهمية بالغة. فهي تحدد مدى سهولة ضخ المادة اللاصقة وتطبيقها، وقدرتها على ترطيب سطح الركيزة لضمان التصاق جيد، والتحكم في حجم قطرات المادة أو نمط الرش. وتعتمد اللزوجة بشكل كبير على درجة الحرارة؛ فزيادة درجة الحرارة تؤدي عادةً إلى انخفاض اللزوجة. وتُعد اللزوجة غير المنضبطة أو الخارجة عن المواصفات أثناء الخلط وقبل عملية البثق مباشرةً مصدرًا رئيسيًا للعديد من مشاكل خطوط الإنتاج، بدءًا من عدم انتظام التطبيق وصولًا إلى فشل الترابط.

سرعة الخلط/القص: تعتبر شدة الخلط أمراً بالغ الأهمية لتحقيق التجانس، لذلك يجب التحكم فيها لضمان التوزيع المنتظم للمكونات دون إتلاف البوليمرات الحساسة للقص.

الضغط: تتم مراقبة ضغط الفراغ داخل أجهزة البثق أو أوعية الخلط لضمان التدفق السلس ومنع الانسدادات. ويُعدّ ضغط الفراغ ذا أهمية عند الحاجة إليه.

بعد عملية البثق، يتم تقييم معايير إضافية للمنتج النهائي، مثل:

نقطة تليين: هذه هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الإسمنت الساخن الصلب بالتليّن والانسياب، أو يصبح لدناً. وتتحدد هذه الدرجة بشكل كبير بنوع البوليمر الأساسي وكمية ونوع الشمع في التركيبة. وتُحدد درجة التليين الحد الأدنى لدرجة حرارة التطبيق، كما تؤثر على مقاومة الحرارة للطبقة النهائية المُلصقة.

وقت متاح: يشير هذا إلى أقصى مدة مسموح بها بعد وضع المادة اللاصقة المنصهرة على الركيزة الأولى، والتي يجب خلالها ملامسة الركيزة الثانية لتكوين رابطة مُرضية [4]. يجب أن تتناسب مدة التلامس بدقة مع سرعة وآلية عملية التجميع. فإذا كانت قصيرة جدًا، سينتج عن ذلك ترطيب ضعيف ورابطة غير متماسكة. أما إذا كانت طويلة جدًا، فقد تتأثر سرعة الإنتاج سلبًا، أو قد تتحرك الأجزاء قبل أن تتماسك الرابطة.

ضبط الوقت (ضبط السرعة): هذا هو الوقت اللازم لتبريد وتصلب الخلطة الإسفلتية الساخنة بشكل كافٍ لتكوين رابطة ذات قوة مقبولة، مما يسمح بمعالجة الأجزاء المُجمّعة أو نقلها إلى المرحلة التالية من الإنتاج. تُعدّ سرعة التصلب إحدى المزايا الرئيسية للخلطات الإسفلتية الساخنة، مما يُسهم في رفع سرعة الإنتاج.

ثبات المنتج خلال فترة الصلاحية: تصف هذه الخاصية قدرة الخلطة الإسفلتية الساخنة على الحفاظ على خصائصها المحددة (مثل اللزوجة واللون وعدم وجود احتراق أو تجمد) عند بقائها في حالة سائلة داخل خزان أو حوض معدات التطبيق لفترات طويلة. يؤدي قصر مدة صلاحية الخلطة إلى تدهور المادة اللاصقة، مما قد يتسبب في انسداد الفوهات، وعدم اتساق جودة التطبيق، وزيادة صيانة المعدات. تُضاف مضادات الأكسدة عادةً إلى تركيبات الخلطات الإسفلتية الساخنة لتحسين ثبات مدة صلاحيتها.

Rheonics SRV هو مقياس لزوجة مدمج يقيس نطاقًا واسعًا من اللزوجة ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي. وهو مناسب للتركيب في خزانات الخلط والتخزين، وفي خطوط الأنابيب للقياس المستمر لسوائل العمليات. Rheonics تتوافق تقنية SRV مع عمليات الخلط عالية السرعة ولا تتأثر بوجود الفقاعات في السائل أو الاهتزازات الخارجية.

Rheonics تعتمد أجهزة الاستشعار على تقنية الرنان الالتوائي المتوازن الحاصلة على براءة اختراع (BTR)، مما يتيح للمسبار أن يكون صغير الحجم وخفيف الوزن، ولكنه قوي في الوقت نفسه للبيئة الصناعية ومتوافق مع تطبيقات درجات الحرارة العالية (حتى 285 درجة مئوية)، وتطبيقات الفراغ والضغط العالي. Rheonics لا يحتوي جهاز SRV على أجزاء متحركة، وهو عبارة عن مسبار محكم الإغلاق مصنوع من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المبللة.

يُقدَّم مستشعر SRV بأشكال مختلفة من المجسات، تتفاوت في الطول ونوع وصلة العملية، مما يضمن سهولة التركيب في كل تطبيق. تستخدم جميع مجسات SRV نفس عنصر الاستشعار، مما يُسهِّل التوسع في عمليات الإنتاج.

كما سبق شرحه، فإن اللزوجة هي المعلمة الحرجة بالنسبة للمواد اللاصقة الساخنة، حيث يؤثر ذلك بشكل مباشر على قابليتها للمعالجة، وأداء تطبيقها، وفي النهاية، على قوة الترابط النهائية. باستخدام Rheonics مقياس اللزوجة المدمج SRV، يمكن مراقبة كل من اللزوجة ودرجة الحرارة بشكل مباشر، ويوصى به بشكل خاص أثناء عمليات الخلط والبثق، كما هو موضح في الشكل 3.t.

التركيب في الخزان

Rheonics يمكن تركيب صمامات إعادة تدوير المياه (SRV) في الخزانات من الأسفل أو الجدار أو الأعلى. يعتمد ذلك على تصميم الخزان، أي حجمه، وجدرانه المغلفة، وتداخلات أعمدة الخلط، وما إلى ذلك، وعلى تفضيلات المستخدم مثل سهولة الوصول والتركيب، وما إلى ذلك.

لضمان تركيب مستشعر SRV بشكل صحيح في الخزان لمراقبة إنتاج الخلطات الإسفلتية الساخنة، ينبغي اتباع التوصية التالية:

• تأكد من أن عنصر الاستشعار ملامس للمادة المنصهرة. بالنسبة للتركيبات من أعلى الخزان، قد يتطلب ذلك استخدام إدخال طويل SRVفي تركيبات الجدران والقاع، تجنب المناطق الميتة التي يمكن أن تؤدي إلى مناطق ركود تؤثر على منطقة الاستشعار - انظر الشكل 5.
• تأكد من أن مسبار SRV لن يتضرر من أعمدة الخلط داخل الخزان.

  

   

التركيب في الخط

تتطلب خطوط نقل المادة اللاصقة المنصهرة من خزان الخلط إلى آلات البثق الحفاظ على درجة حرارة وضغط مرتفعين لضمان ثبات خصائص السائل. ولتحقيق ذلك، تُغلّف الأنابيب وتُستخدم مضخات إزاحة موجبة، مثل مضخات التروس أو مضخات المكابس. تُفضّل مضخات التروس لضمان تدفق سلس ومستمر، بينما تُتيح مضخات المكابس ضغطًا عاليًا في الخطوط، ولكنها تُنتج تدفقًا نابضًا بعض الشيء.

Rheonics يُعدّ صمام SRV مناسبًا للتركيبات داخل الأنابيب حتى في درجات الحرارة والضغوط العالية. يعمل صمام SRV مع السوائل الساكنة والمتدفقة، ولا يُعاني من أي مشاكل تشغيلية مع التدفق النبضي. يُوصى بتركيب صمام SRV في أنابيب الخلطات الإسفلتية الساخنة (HMA) داخل كوع، مع توجيه المسبار عكس اتجاه تدفق السائل.

التركيب في خطوط صغيرة أو خطوط جانبية

من الشائع استخدام خطوط فرعية صغيرة أو جانبية متصلة بالخطوط الرئيسية في إنتاج المواد اللاصقة بالذوبان الساخن لأخذ عينات ودراسة الخصائص الريولوجية للسائل. ومن الضروري في هذه الخطوط الحفاظ على ضغط ودرجة حرارة محددين للسائل.

في هذا السيناريو، Rheonics يقدم ملحقات مثل:

1. خلايا التدفق: اطلع على جميع خلايا التدفق المضمنة SRV.
2. غرفة التسخين: Rheonics STCM-IFP عبارة عن حجرة داخلية تسمح بالتحكم في درجة الحرارة وعزل درجة الحرارة بشكل جيد، مما يحافظ على درجة حرارة السائل كما هي.

   

• التغذية الراجعة والتحكم في الوقت الفعلي:

  على عكس الاختبارات المعملية التي لا تتطلب اتصالاً بالإنترنت والتي توفر نتائج متأخرة، Rheonics يوفر مقياس اللزوجة المدمج SRV بيانات فورية ومستمرةيُمكّن هذا المشغلين من رؤية كيفية تطور اللزوجة بدقة أثناء إضافة المواد الخام وخلطها. وهذا يُتيح تعديلات فورية لمعالجة المعايير مثل درجة الحرارة، وسرعة الخلط، أو حتى معدلات تغذية المواد الخام.

• تكامل البيانات السهل:

  Rheonics تستخدم مركبة الاستطلاع السطحي (SRV) إلكترونيات قوية تسمى SMEيقوم هذا الجهاز بأخذ قراءات من مسبار الاستشعار وإخراج قيم اللزوجة ودرجة الحرارة المقاسة. كما أنه يدعم بروتوكولات اتصال صناعية متعددة بشكل أصلي، مثل Modbus وProfinet وEthernet/IP. HARTإلخ. للتكامل مع أنظمة المراقبة والتحكم المحلية.

• تحسين اتساق المنتج وجودته:

  من خلال الحفاظ على تحكم أكثر دقة في اللزوجة أثناء الإنتاج، يمكن للمصنعين بشكل كبير تقليل الاختلافات بين الدفعاتوهذا يؤدي إلى جودة منتج أكثر اتساقًا، وعدد أقل من الدفعات غير المطابقة للمواصفات، وفي النهاية، عملاء أكثر سعادة.

• كفاءة الإنتاج الأمثل:

  إن اكتشاف الانحرافات مبكراً يعني إمكانية تصحيح المشاكل قبل تلف دفعة كاملة. تقليل الهدر من المواد الخام والطاقة باهظة الثمن.

  تحسين الطاقة: إن معرفة اللزوجة الدقيقة تسمح بتحسين مدخلات طاقة الخلط والتسخين، مما قد يؤدي إلى توفير الطاقة.

• فهم العمليات وحل المشكلات:

  Rheonics يوفر SRV سجل تاريخي شامل تُعدّ بيانات لزوجة ودرجة حرارة الخلطات الإسفلتية الساخنة ذات قيمة بالغة لتحسين العمليات، وتحديد الاتجاهات، والتشخيص السريع للسبب الجذري لأي مشكلات إنتاجية قد تنشأ.

• تقليل التدخل اليدوي والسلامة:

  يقلل القياس الآلي المباشر من الحاجة إلى أخذ العينات يدويًا، وهو أمر قد يكون خطيرًا نظرًا لارتفاع درجات حرارة الخلطات الإسفلتية الساخنة المنصهرة. كما أنه يوفر العمالة للقيام بمهام أخرى.

[1]:خصائص وأنواع واستخدامات المواد اللاصقة بالذوبان الساخن

[2]:الساخنه نذوب لاصقات

[3]: https://www.klebstoffe.com/wp-content/uploads/2020/04/TKH_4_englisch.pdf

[4]: ما هو اللاصق الذائب الساخن (HMA)؟