Johdanto
Materiaalin käyttäytymisen yhteydessä tarttuvuus tai TakkuisuusTarttuvuus kuvaa kahden samanlaisen (autohesiaatio) tai erilaisen (koheesio) materiaalikerroksen välistä vuorovaikutusta pinnan tarttuvuuden suhteen.tahmeus liittyy tahmeuteen, ja se voi johtua kahden kosketuksissa olevan materiaalin välisistä adheesiovoimista tai kahta alustaa yhdistävän materiaalin koheesiovoimista.
Paineherkkien liimojen, kuten teippien ja etikettien, tarttuvuus määritellään kyvyksi muodostaa liimasidos alustaan vähäisessä paineessa ja lyhyessä kosketuksessa, ja se on tällaisten tuotteiden olennainen vaatimus. Muissa materiaaleissa ja sovelluksissa tarttuvuus voi olla ei-toivottu ominaisuus. Esimerkkinä voidaan mainita luusementit, joiden on ISO5833-standardin [3] mukaan oltava tarttumattomia, jotta käyttäjä voi muotoilla ja levittää sementtiä ilman, että se tarttuu käsineisiin tai levitysapuvälineisiin.
Takertuminen voi myös vaikuttaa kuluttajatuotteiden käyttäytymiseen ja käsitykseen, esimerkkeinä paksujen viskoelastisten tuotteiden, kuten hammastahnan, pursottaminen tuubista tai tahmeiden elintarvikkeiden pureskelu tai käsittely. Sitä voidaan käyttää myös pinnan ominaisuuksien arviointiin ja sen arvioimiseen, onko pinta puhdas vai ei. Tarttuvuuden laadullinen arviointi voidaan siis tehdä yksinkertaisesti koskettamalla tai tunnustelemalla, mutta tällaiset arvioinnit ovat subjektiivisia, niitä on vaikea määrittää määrällisesti ja niihin voivat vaikuttaa muut lisätekijät.
Monissa tutkimus- ja kehitystoiminnoissa voi olla hyödyllistä seuloa, vertailla ja mitata tarttuvuutta yksinkertaisella objektiivisella testillä. Liimateollisuudessa on saatavilla useita tällaisia standarditestejä tuotetyypistä riippuen, mukaan lukien silmukkataklaus, quick stick ja rolling ball -testit.
Käännetyn koettimen testi
Tämä sovellusohje koskee toista liimateollisuudessa yleisesti käytettyä testiä, joka tunnetaan nimellä käänteinen koetin (inverted probe test). Tässä testissä käänteinen koetin tuodaan kosketukseen liiman kanssa kiinteällä nopeudella, kosketuspainolla ja kosketusaikana. Tarttuvuus kirjataan sen jälkeen suurimpana voimana, joka tarvitaan syntyneen liiman katkaisemiseen.
Tässä tapauksessa negatiivisen normaalivoiman (jännityksen) huippu voidaan katsoa "tarttuvuudeksi", voima-aika-käyrän alapuolinen pinta-ala liima- tai koheesiolujuudeksi ja aika, joka kuluu huippuvoiman pienenemiseen 90 %:lla, on vertaileva mittari vikaantumisnopeudelle tai -ajalle, kuten kuvassa 1 on esitetty.
Kokeellinen
- Blu-Tack®:n tartuntaominaisuudet mitattiin käyttäen erilaisia kosketusvoimia (5 N, 10 N, 15 N ja 20 N).
- Mittaukset tehtiin Kinexus-rotaatioreometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna, jossa käytettiin 20 mm:n ylälevyä ja 65 mm:n alalevyä (ruostumatonta terästä) ja rSpace -ohjelmiston vakiomuotoista, ennalta määritettyä sekvenssiä.
- Alemman levyn keskelle asetettiin 1,3 g:n painoinen näytepallo ilman painetta, ja ylempi levy tuotiin kosketukseen näytteen kanssa 10 mm/s lähestymisnopeudella, kunnes tarvittava kosketusvoima saavutettiin.
- Kahden sekunnin kosketusjakson jälkeen väliä kasvatettiin lineaarisesti 10 mm/s ja normaalivoima kirjattiin ajan funktiona.
- Kaikki mittaukset tehtiin 25 °C:ssa.
Tulokset ja keskustelu
Kuvassa 2 on esitetty Blu-Tack® -laastin rako- ja normaalivoimaprofiili 10 N:n normaalivoimalla. Siinä näkyy ylälevyn lähestyminen näytettä 10 mm/s nopeudella ja normaalivoiman kasvu kosketuksen syntyessä. Kosketuksen kestettyä 2 sekuntia rako kasvaa lineaarisesti 10 mm/s nopeudella, mikä vastaa puristusvoiman vähenemistä mutta jäljellä olevaa vetovoimaa, joka vastaa tarttuvuutta ja adheesiota.
Taulukko 1: Kuvaan 3 perustuvat analyysitulokset eri kosketuspaineilla
| Näytteen kuvaus | Toimenpiteen nimi | Aika (toimenpide) (s) | Normaalivoima (N) | Välys (mm) | Pinta-alan tulos |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 N | Normaalivoiman huippuarvo | 0.3573 | -1.677 | 7.8614 | |
| 5 N | Aika, jonka kuluessa voima vähenee 90 %:lla huippuvoimasta | 0.7006 | -1.677 | 11.288 | |
| 5 N | Voima-aikakäyrän ala (N/s) | 0.4799 | |||
| 10 N | Normaalivoiman huippuarvo | 0.3525 | -3.492 | 6.6156 | |
| 10 N | Aika, jonka kuluessa voima vähenee 90 %:lla huippuvoimasta | 0.6906 | -0.3492 | 9.9909 | |
| 10 N | Voima-aikakäyrän ala (N/s) | 0.8353 | |||
| 15 N | Normaalivoiman huippuarvo | 0.3690 | -4.220 | 6.0800 | |
| 15 N | Aika, jonka kuluessa voima vähenee 90 %:lla huippuvoimasta | 0.7127 | -0.4220 | 9.5118 | |
| 15 N | Voima-aikakäyrän ala (N/s) | 1.977 | |||
| 20 N | Normaalivoiman huippuarvo | 0.3105 | -5.363 | 5.2124 | |
| 20 N | Aika, jonka kuluessa voima vähenee 90 %:lla huippuvoimasta | 0.6522 | -0.5363 | 8.6237 | |
| 20 N | Voima-aikakäyrän ala (N/s) | 1.280 |
Vertailutulokset eri kosketuspaineiden osalta esitetään kuvassa 3 ja taulukossa 1. Nämä tulokset koskevat ainoastaan vetovoimaa (negatiivista), joka vastaa tarttuvuutta ja adheesiota.
Tulokset osoittavat, että jäännösjännitys tai tarttuvuus lisääntyy käytetyn normaalivoiman vaikutuksesta, erityisesti 15 N:iin asti, ja vain vähäinen lisäys on havaittavissa 20 N:n normaalivoiman vaikutuksesta. Käyrien alapuolella oleva pinta-ala, joka liittyy materiaalin tarttuvuuteen/liimauslujuuteen, näyttää kasvavan kosketusvoiman kasvaessa 15 N:iin asti, minkä jälkeen sen havaitaan pienenevän 20 N:n kohdalla, mikä osoittaa, että optimaalinen kosketusvoima on 10 N:n ja 20 N:n välissä, mikä antaa parhaan mahdollisen tarttuvuuden näissä olosuhteissa.
Ajat, joiden kuluessa normaalivoima laskee 90 prosenttiin huippuarvostaan, ovat samankaltaiset 5 N:n, 10 N:n ja 15 N:n kosketusvoimilla, mutta hieman alhaisemmat 20 N:n kosketusvoimalla, mikä viittaa siihen, että 20 N:n paineen jälkeen vikaantumisnopeus on hieman nopeampi.
Päätelmä
Kinexus-rotaatioreometriä, jossa on kehittyneet aksiaaliset testausominaisuudet, voidaan käyttää paineherkkien liimojen tarttuvuuden tai koheesio-/liimaominaisuuksien arviointiin. Tässä tutkimuksessa näitä ominaisuuksia arvioitiin ja verrattiin Blu-Tack®-näytteen osalta eri kosketusvoimilla. Tämä viittaa siihen, että on olemassa optimaalinen paine 10 N:n ja 20 N:n välillä, joka antaa maksimaalisen tarttuvuuden testiolosuhteissa.