Détermination de l'adhérence et de l'adhésion d'un produit sensible à la pression à l'aide de mesures axiales sur un rhéomètre rotatif - Blu-Tack

Introduction

Dans le contexte du comportement des matériaux, l'adhésivité est associée au collage et peut résulter de forces adhésives entre deux matériaux en contact ou de forces cohésives dans un matériau reliant deux substrats.

Pour les adhésifs sensibles à la pression, y compris les rubans et les étiquettes, l'adhésivité est définie comme la capacité à former une liaison adhésive avec un substrat sous une légère pression et un bref contact ; il s'agit d'une exigence essentielle pour ces produits. Pour d'autres matériaux et applications, l'adhésivité peut être une propriété indésirable, par exemple pour les ciments osseux qui, selon la norme ISO 5833 [3], doivent être sans adhésivité pour permettre à l'utilisateur de façonner et d'appliquer le ciment sans adhérer aux gants ou aux aides à l'application.

Le tack peut également influencer le comportement et la perception des produits de consommation, par exemple l'extrusion de produits viscoélastiques épais tels que le dentifrice en tube, ou la mastication ou la ManipulationL'adhésivité décrit l'interaction entre deux couches de matériaux identiques (auto-adhésion) ou différents (cohésion) en termes d'adhérence de surface.manipulation d'aliments collants. Il peut également être utilisé pour évaluer les propriétés d'une surface et juger si elle est propre ou non. Par conséquent, l'évaluation qualitative de l'adhésivité peut se faire simplement par le toucher ou la sensation, mais ces évaluations sont subjectives, difficiles à quantifier et peuvent être influencées par d'autres facteurs.

Pour de nombreuses activités de recherche et de développement, il peut être utile d'examiner, de comparer et de quantifier le "tack" ou le "stickiness" à l'aide d'un test objectif simple. Pour l'industrie des adhésifs, il existe de nombreux tests standard de ce type en fonction du type de produit, y compris des tests tels que le loop tack, le quick stick et le rolling ball.

Test de la sonde inversée

Cette note d'application concerne un autre test couramment utilisé dans l'industrie des adhésifs, connu sous le nom de test de la sonde inversée. Dans ce test, une sonde inversée est mise en contact avec l'adhésif à une vitesse, une pression et un temps de contact fixes. L'adhérence est alors enregistrée comme la force maximale nécessaire pour rompre la liaison obtenue.

Ici, le pic de la force normale négative (tension) peut être attribué au "tack", l'aire sous la courbe force-temps à la résistance de l'adhésif ou de la cohésion et le temps nécessaire pour que le pic de force diminue de 90 % est une mesure comparative du taux ou du temps de défaillance, comme l'illustre la figure 1.

Expérimental

• Les propriétés d'adhésion du Blu-Tack® ont été mesurées en utilisant une gamme de forces de contact (5 N, 10 N, 15 N et 20 N).
• Les mesures ont été effectuées à l'aide d'un rhéomètre rotatif Kinexus avec une cartouche de plaque Peltier utilisant une plaque supérieure de 20 mm et une plaque inférieure de 65 mm (acier inoxydable) et une séquence standard préconfigurée dans le logiciel rSpace.
• Une bille d'échantillon de 1,3 g a été placée au centre de la plaque inférieure sans pression et la plaque supérieure a été mise en contact avec l'échantillon à une vitesse d'approche de 10 mm/s jusqu'à ce que la force de contact requise soit atteinte.
• Après une période de contact de 2 secondes, l'écart a été augmenté linéairement à 10 mm/s et la force normale a été enregistrée en fonction du temps.
• Toutes les mesures ont été effectuées à 25°C.

Résultats et discussion

La figure 2 présente un profil d'écart et de force normale pour le Blu-Tack® avec une force normale de 10 N appliquée. Elle montre l'approche de la plaque supérieure de l'échantillon à 10 mm/s et l'augmentation de la force normale au moment du contact. Après une période de contact de 2 s, l'écart augmente linéairement à 10 mm/s, ce qui correspond à une réduction de la force de compression mais à une force de traction résiduelle correspondant au tack et à l'adhésion.

Tableau 1 : Résultats de l'analyse basée sur la figure 3 pour différentes pressions de contact

Les résultats comparatifs pour les différentes pressions de contact sont présentés dans la figure 3 et le tableau 1. Ces résultats ne concernent que la force de traction (négative), qui correspond au tack et à l'adhésion.

Les résultats montrent que la tension résiduelle ou le tack augmente avec la force normale appliquée, en particulier jusqu'à 15 N, seule une légère augmentation étant observée avec une force normale appliquée de 20 N. En ce qui concerne l'aire sous les courbes, qui se rapporte à la force adhésive/cohésive du matériau, elle semble augmenter avec la force de contact jusqu'à 15 N, puis une diminution est observée à 20 N, ce qui indique qu'il existe une force de contact optimale entre 10 N et 20 N qui permet d'obtenir une adhésion maximale dans ces conditions.

Le temps nécessaire pour que la force normale diminue de 90 % par rapport à sa valeur maximale est similaire pour des forces de contact de 5 N, 10 N et 15 N, mais légèrement inférieur pour 20 N, ce qui suggère un taux de défaillance légèrement plus rapide après 20 N de pression.

Conclusion

Un rhéomètre rotatif Kinexus doté de capacités de test axial avancées peut être utilisé pour évaluer l'adhésivité ou les propriétés cohésives/adhésives des adhésifs sensibles à la pression. Dans cette étude, ces propriétés ont été évaluées et comparées pour un échantillon de Blu-Tack® avec différentes forces de contact. Cela suggère qu'il existe une pression optimale entre 10 N et 20 N qui donne une adhésion maximale dans les conditions du test.