Elektronik 09/2017 - Strzykawki i akcesoria w dozowaniu materiałów chemicznych

W niemalże każdej firmie produkcyjnej pojawia się temat dozowania substancji, z których najczęściej spotykane to kleje SMD, pasty lutownicze, pasty termoprzewodzące, kleje cyjanoakrylowe, maski czy topnik.

Strzykawki i akcesoria w dozowaniu materiałów chemicznych

W niemalże każdej firmie produkcyjnej pojawia się temat dozowania substancji, z najczęściej spotykane to kleje SMD, pasty lutownicze, pasty termoprzewodzące, kleje cyjanoakrylowe, maski czy topnik. Zależnie od skali produkcji procesy takie realizowane są ręcznie albo w sposób zautomatyzowany. W poniższym tekście chcielibyśmy się skupić na aplikacjach dozowania ręcznego materiałów ze strzykawek.

Większość strzykawek oraz igieł/końcówek dozujących ma gwint typu LuerLock. Bardzo rzadko można spotkać rozwiązania o innym rodzaju mocowania igły w strzykawce. Wspólny standard wykorzystywany przez większość producentów obecnych na rynku jest oczywiście pozytywnym aspektem dla końcowego użytkownika.

Jeżeli materiał do dozowania jest zapakowany w strzykawkę i dostarczony przez producenta, to jest on gotowy do użycia. Jeżeli konieczne jest samodzielne przepakowanie materiału z innego opakowania, to poza wyborem odpowiedniej strzykawki trzeba dobrać odpowiedni typ tłoczka. Ponadto, jeżeli będą później przechowywane, to do zestawu dochodzi jeszcze zakrętka oraz zatyczka.

Same strzykawki dostępne są w kilku pojemnościach – 3, 5, 10, 30 oraz 50/55 – oznaczenia te odnoszą się do pojemności wyrażonej w ml, jednak producenci oznaczają je skrótem CC (cubic centimeter 1 cmᵌ = 1 ml). Oczywiście najlepiej, aby w cyklu produkcyjnym materiał z jednej strzykawki był zużyty relatywnie szybko. Czas ten zależy od typu urządzeń i skali produkcji.

Strzykawki dostępne są w trzech kolorach:

• przezroczysty – dla większości materiałów,
• bursztynowy – dla materiałów czułych na promieniowanie UV, w takiej strzykawce widoczny jest poziom materiału,
• czarny – dla materiałów utwardzanych promieniowaniem UV, w nich nie widać materiału.

Tłoczki dostępne są również w trzech wersjach, czasem można spotkać jeszcze modyfikacje niektórych wersji. Zadaniem tłoczka używanego w strzykawkach podczas dozowania czasowo-ciśnieniowego lub mechanicznego jest odseparowanie materiału od kontaktu z powietrzem (wilgoć, zanieczyszczenia, utwardzanie się materiału) oraz zapewnienie równomiernego nacisku na całej powierzchni substancji w strzykawce.

W zależności od dozowanego materiału dostępne są różne tłoczki:

• w kolorze białym mają ogólne zastosowanie i charakteryzują się tym, że przylegają ściśle do powierzchni strzykawki. Ten rodzaj używa się zawsze z mechanicznymi pistoletami czy popychaczami, ponieważ tłoczek czyści ścianki strzykawki podczas dozowania. Od strony materiału dozowanego najczęściej z takimi tłoczkami dozuje się materiały o niskiej lepkości takie jak: rozcieńczalniki, alkohole, tusze, aktywatory,
• w kolorze niebieskim przylegają do powierzchni strzykawki, jednak tarcie jest mniejsze niż w przypadku wersji białych. Tłoczek przylega na tyle ściśle do ścianki strzykawki, że czyści jej powierzchnię, jednak pozwala na ucieczkę powietrza uwięzionego w materiale. Przykładowe substancje dozowane to pasta lutownicza, pasta ze srebrem, żywice epoksydowe, topniki, SMA, silikony oraz materiały aktywowane UV,
• w kolorze czerwonym przeznaczone są do dozowania materiałów o dużej lepkości takich jak smary, gęste uszczelniacze, SMA, RTV, silikony. Tłoczek opada w miarę swobodnie w strzykawce. Taki typ zapobiega zaburzeniom dozowania materiałów o dużej lepkości i pozwala zwiększyć powtarzalność przy zminimalizowanych efektach „stringing” oraz „bouncing” pojawiających się przy preparatach gęstych, o dużej lepkości.

Efekt „stringing” objawia się wyciąganiem materiału w kierunku igły dozującej. Z kolei efekt „bouncing”, czyli odbijania charakteryzuje się pulsacjami tłoczka w strzykawce, gdy powietrze wypycha tłoczek w chwili dozowania i następnie zanika, gdy kończy się etap przygotowywania dawki. Pulsacje pojawiają się pomiędzy tłoczkiem (tzw. kieszenie powietrzne), a materiałem dozowanym.

W zależności od dozowanego materiału trzeba dobrać odpowiednie igły spośród kilku typów:

• standardowe – w przypadku materiałów o niskiej lepkością one dobrym rozwiązaniem. Konstrukcja igły opiera się o mocowanie w kształcie walca o większej średnicy i samej kaniuli o mniejszej średnicy. Taka budowa powoduje ograniczenie przepływu dozowanego materiału, co pomaga lepiej kontrolować wypływ substancji o niskiej lepkości. Ten typ igły jest rekomendowany do dozowania preparatów takich jak kleje, żywice epoksydowe, smary, oleje, farby, maski pasty. Igły dostępne są z kaniulą prostą o długości 0,25, 0,5, 1 i 1,5 cala oraz z kaniulą zagiętą pod kątem 45ᵒ i 90ᵒ, głównie o długości 0,5 cala. Igły standardowe mogą też być wykonane w wersji „chamfered”. Polega ono na zeszlifowaniu końcówki kaniuli igły po zewnętrznej stronie tak, aby czołowa powierzchnia była jak najmniejsza. Zmniejszenie ogranicza przyleganie kropli, która się tworzy na końcówce i materiał dozowany lepiej się odrywa od igły. Dodatkowo taki typ igieł minimalizuje ryzyko powstawania efektów „tailing” oraz „bridging”, czyli ciągnięcia się nitki dozowanej substancji za igłą przy unoszeniu jej do góry podczas dozowania. Wykonanie takie sprawdza się zwłaszcza w przypadku operowania płynami o bardzo niskiej lepkości,
• plastikowe – igły te stosowane są głównie w dozowaniu ręcznym. W całości są wykonane z polipropylenu i tym samym nadają się do dozowania takich substancji jak: cyjanoakryle, lakiery, kleje, żywice epoksydowe, smary, uszczelki, pasty, maski, rozpuszczalniki i inne materiały utwardzane UV. Dodatkowo nie rysują one powierzchni oraz mogą być docinane na dowolną długość (standardowo 1,5 cala).
• teflonowe – zbudowane są w oparciu o igłę standardową, gdzie w kaniuli dodatkowo jest umieszczona rurka z teflonu. Materiał dozowany ma styczność tylko z plastikowym mocowaniem i rurką teflonową. Ten typ używany jest do dozowania cyjanoakrylu, klejów oraz rozpuszczalników. Igły te mają w okolicach połowy długości zagniecenie, które dodatkowo ogranicza przepływ, co jest istotne zwłaszcza w przypadku preparatów o bardzo małej lepkości. Dostępne są w dwóch długościach: 0,5 oraz 1 cal.
• stożkowe – użycie końcówki stożkowej w porównaniu do standardowej pozwala użyć znacznie mniejszego ciśnienia na dozowniku (około dwukrotnie). Ma to duże znaczenie zwłaszcza dla materiałów z metalicznym wypełnieniem, w których przy większym parciu łatwiej następuje separacja ciężkich wypełniaczy od reszty substancji. Kolejny efekt to większy przepływ materiału w czasie przez końcówkę stożkową niż przez igłę standardową, ponieważ materiał ma dużo mniejsze opory do pokonania oraz mniejszy efekt „backup pressure”, czyli cofania się materiału dozowanego e kierunku przeciwnym do igły/końcówki. Końcówki stożkowe są wykonane z polietylenu z dodatkiem substancji blokującej promieniowanie ultrafioletowe – czyli bez obaw można je stosować z materiałami czułymi lub utwardzanymi światłem UV. Jednak należy pamiętać, że końcówki te są przezroczyste i światło przenika do substancji znajdującej się w końcówce. Długość kaniuli to zawsze 1,25 cala. Preparaty, z którymi można używać takie końcówki to: kleje, lakiery, cyjanoakryl, żywice epoksydowe, smary, uszczelki, pasty, maski.
• metalowe – igły te używane są głównie w zautomatyzowanym dozowaniu. Kaniula wykonana jest ze stali nierdzewnej, a jej mocowanie z niklowanego. Produkowane z zachowaniem wysokiej precyzji i wąskiej tolerancji, które przy wysokowydajnej produkcji zwiększają prawdopodobieństwo uzyskania tej samej dawki. Igły dostępne tylko o długości 0,5 cala.
• precyzyjne – to typ igieł wykonanych na bazie stożka z zakończeniem podobnym do wersji standardowej. Konstrukcja redukuje negatywny efekt „backup pressure”. Igły te oferują znacznie większy przepływ przy zredukowanym ciśnieniu materiału. Przy takich samych nastawach (porównując je z igłami standardowymi) otrzymuje się trzykrotnie większy przepływ. Czyli można zmniejszyć ciśnienie lub zamiast igły standardowej o rozmiarze 16G użyć igły precyzyjnej o rozmiarze 19G przy 25% większym przepływie substancji z większą kontrolą dozowanej substancji. Niestety ze względu na bardzo wysoką cenę są one używane tylko w zautomatyzowanych i szybkich procesach dozowania.
• szczotkowe – są mocowane w taki sam sposób w strzykawce jak igły do dozowania i dostępne w dwóch typach: szczoteczka miękka z włosiem z sobola oraz twarda z włosiem nylonowym. Szczoteczki mogą być używane do rozsmarowywania substancji po powierzchni. Takie igły dostępne są tylko w trzech średnicach: 16, 18 oraz 22G.

Najpopularniejsze długości igieł standardowych to 0,25, 0,5, 1 oraz 1,5 cala. Na specjalne zamówienie dostępne są igły metalowe o długościach do 4 cali, tzw. igły laboratoryjne.

Ostatnimi elementami tworzącymi kompletny zestaw dozujący są zatyczki i zakrętki do strzykawek.

Zakrętki są wkręcane tam, gdzie igła dozująca i mają zablokować dopływ powietrza podczas przechowywania. Są one dostępne w dwóch wersjach. Niebieskie, o większej średnicy, umożliwiają postawienie strzykawki w pionie oraz dają się łatwo powtórnie odkręcać. Pomarańczowe, wyglądające jak igła bez kaniuli, spełniają założenia odnośnie szczelności i są wersją „niskobudżetową”. Zakrętki pasują do wszystkich rozmiarów strzykawek.

Zatyczki do strzykawek również są wykonane w dwóch wersjach. Jedna to wersja zatrzaskowa, druga to wciskana. W zależności od rozmiaru strzykawki należy dobrać odpowiedni rozmiar zatyczki. Jedynie strzykawki o pojemnościach 30 oraz 55 cc korzystają z tych samych zatyczek, ponieważ mają taką samą średnicę, a różnica pojemności wynika z różnicy długości.

PB Technik

www.pbtechnik.com.pl