フォームインプレイスガスケット(FIPG)用のシリコーンシーラント

DOWSIL™ 7091接着シーラントは、ガラスから金属またはガラスからプラスチックなどの、強力だけれども柔軟な接着が必要な用途に使用されます。その耐久性と長寿命は、電子用途における業界標準となっています。自動車メーカーは、フォームインプレイスガスケット(FIPG)用のアルコキシ硬化シリコーンシーラントを使用します。

他の多くの高充填エラストマーシーラントおよび接着剤と同様に、DOWSIL™ 7091接着シーラントは高降伏応力を持っています。初期の降伏応力の影響が対処されない限り、シーラントの流量を制御することが難しいため、正確な吐出が課題となります。

• 材料プロファイルデータの完全版については、dow.comをご覧ください。

あるグローバル自動車メーカーは、その組立ラインでグラコ E-Flo iQシステムを使用して、DOWSIL™ 7091接着シーラントを計量し吐出していました。フォームインプレイスガスケット(FIPG)用途では、いくつかのE-Flo iQシステムが不均一なビードのシリコーンシーラントを分配していました。

これらの要因は、材料の流量の制御を難しくし、製品の品質と生産コストに影響を与えていました:

• 降伏応力を克服するために必要な高圧がシリコーンシーラントを圧縮しました。 
• ポンプ出口での急激な加圧が材料の剪断力を増加させました。2ボールポンプの圧力が増加し、その後急速に減少し、ポンプの切り替えに影響を及ぼしました。 

シーラントは吐出開始時に降伏を示しましたが、一旦システムを通過すると流量は予想以上になりました。

制御問題を解決し吐出を完璧にするために、グラコとDow Inc.は以下のステップを取りました。

1. 両社のラボで広範なテストを実施しました。
2. 是正措置計画を策定しました。

オハイオ州ノースカントンにあるグラコカスタマー&イノベーションセンターで、アプリケーションラボのエンジニアが自動車メーカーのフォームインプレイスガスケット(FIPG)用途を模したテストを設定しました。 

初期の現場観察により、ポンプの切り替えがビードディスペンスの不一致を引き起こしている可能性があることが示されたため、プログラマーと協力してE-Flo iQソフトウェアのポンプ切り替えアルゴリズムを変更しました。 

• ソフトウェアの変更前は、ポンプのトップ切り替え中に圧力が急上昇しました。圧力の変化により、ビーズは標準よりもはるかに幅広く吐出されました。
• ソフトウェア変更後、圧力の急上昇が減少し、より滑らかで標準化されたビードセグメントを実現しました。  

オリジナルソフトウェア

オリジナルソフトウェアでポンプに記録された圧力データは広範で予測不能な圧力範囲を示しており、一部のポンプ圧力が200バールを超えています。

更新後のソフトウェア

ソフトウェア更新後にポンプで記録された圧力データは、160バールを超えることなくスパイクもない、より狭い圧力範囲を示しています。

更新後のソフトウェアは、それぞれのポンプ切替後に減少した圧力目標を算出しました。新しい圧力目標により、より制御された狭い圧力傾向が生じました。これにより、より滑らかで標準化されたディスペンスが実現しました。

ディスペンスの問題に寄与する材料特性をより良く理解するため、Dow Inc.の科学者と化学エンジニアは、ディスペンスの課題の考えられる根本原因として2つの異なる仮説を評価しました。

1. 液体の圧縮性が、ディスペンス装置全体およびビーズのディスペンス後に、シーラントの収縮と膨張を引き起こし、ディスペンスの制御性を低下させていました。
2. シーラントの降伏応力の影響は、特定の圧力で不均一な流れを引き起こし、吐出の制御性を低下させました。

圧力体積温度（PVT）テストにより、起動時の材料の圧縮は、不均一なビードディスペンスの主な原因ではないことが明らかになりました。

計算流体力学（CFD）モデリングは、降伏応力の影響が主に吐出の課題を引き起こしたことを結論付け、さらにE-Flo iQソフトウェアのアップグレードがこれらの問題に効果的に対処したことを示しました。

「降伏応力の影響」とは、材料が流れ始めたり形状を変えたりするのに必要な最小の力や応力のことを指します。歯磨き粉のチューブを押し出すようなものと考えてください：十分な圧力をかけるまで、何も出てきません。

そのため、降伏応力を克服するために必要な最初の吐出圧力は、流れを維持するために必要な圧力よりも高いということがよくあります。産業用計量・吐出システムのソフトウェアがこの種の効果を考慮していない場合、シーラントや接着剤は適切な速度と量では吐出されず、部品や製品に最適な形状またはビードを形成することはありません。  

Dow Inc.とグラコの初期調査によると、E-Flo iQソフトウェアの変更が、計量および吐出システムの能力を大幅に向上させ、DOWSIL™ 7091接着シーラントを正確かつ一貫して処理できるようになったことが示されました。これを確認するために、複数の顧客も自社工場でソフトウェアをテストしました。

自動車メーカーがソフトウェアの更新をインストールした際、試験を行い、良好な結果を得ました。

• 元のソフトウェアでは、圧力の範囲は非常に広く、圧力のスパイクが顕著でした。 
• 更新後のソフトウェアでは、圧力のスパイクは消えました。圧力は160バールを超えずに、狭い範囲内で安定しました。ポンプの切替改善により、ショットの再現性が向上しました。

「これは、高降伏応力シーラントを扱うすべてのメーカーに役立つ素晴らしい協力の一例です」と、ダウシリコーン社のアンディ・ケニーは述べました。

「完全に同意します」とグラコ社の産業部グラント・ネルソンが付け加えました。「両社で協力し、より多くを学ぶことができて良かったです。ぜひもっと多くのことを続けたいと考えています。」

^{すべての商標または登録商標は、各所有者の資産です。}

このレポートには、DOWSIL™ 7091接着シーラントの吐出制御の問題を解決したグラコ社とダウ社のラボテストの詳細が含まれています。