Wprowadzenie
Przyczepność lub lepkość w kontekście zachowania materiału jest związana z lepkością i może wynikać z sił adhezji między dwoma stykającymi się materiałami lub sił kohezji w materiale łączącym dwa podłoża.
W przypadku klejów samoprzylepnych, w tym taśm i etykiet, przyczepność jest definiowana jako zdolność do tworzenia wiązania klejowego z podłożem pod niewielkim naciskiem i krótkim kontaktem i jest podstawowym wymogiem dla takich produktów. W przypadku innych materiałów i zastosowań przylepność może być niepożądaną właściwością, czego przykładem są cementy kostne, które zgodnie z normą ISO5833 [3] muszą być wolne od przylepności, aby umożliwić użytkownikowi kształtowanie i nakładanie cementu bez przywierania do rękawic lub środków pomocniczych.
Przyczepność może również wpływać na zachowanie i postrzeganie produktów konsumenckich, czego przykładem jest wyciskanie grubych lepkosprężystych produktów, takich jak pasta do zębów z tubek lub żucie lub przenoszenie lepkiej żywności. Może być również wykorzystywana do oceny właściwości powierzchni i oceny, czy jest ona czysta, czy nie. W związku z tym jakościowa ocena przyczepności może być dokonana po prostu poprzez dotyk lub dotyk, jednak takie oceny są subiektywne, trudne do określenia ilościowego i mogą mieć na nie wpływ inne dodatkowe czynniki.
W przypadku wielu badańarch i działań rozwojowych przydatne może być sprawdzenie, porównanie i ilościowe określenie "przyczepności" lub "lepkości" za pomocą prostego obiektywnego testu. W branży klejów dostępnych jest wiele takich standardowych testów w zależności od rodzaju produktu, w tym testy takie jak przyczepność pętli, szybkie przywieranie i testy toczącej się kuli.
Test odwróconej sondy
Niniejsza nota aplikacyjna odnosi się do innego testu, który jest powszechnie stosowany w branży klejów, znanego jako test odwróconej sondy. W tym teście odwrócona sonda styka się z klejem z ustaloną prędkością, naciskiem i czasem kontaktu. Sczepność jest następnie rejestrowana jako maksymalna siła wymagana do zerwania powstałego wiązania.
W tym przypadku wartość szczytową ujemnej siły normalnej (naprężenia) można przypisać "przyczepności", obszar pod krzywą siła-czas do siły adhezji lub spójności, a czas potrzebny do zaniku siły szczytowej o 90% jest miarą porównawczą wskaźnika lub czasu uszkodzenia, jak pokazano na rysunku 1.
Eksperymentalny
- Właściwości klejące Blu-Tack® zostały zmierzone przy użyciu różnych sił nacisku (5 N, 10 N, 15 N i 20 N).
- Pomiary wykonano przy użyciu reometru rotacyjnego Kinexus z wkładem z płytką Peltiera, wykorzystując górną płytkę o średnicy 20 mm i dolną płytkę o średnicy 65 mm (stal nierdzewna) oraz standardową sekwencję wstępnie skonfigurowaną w oprogramowaniu rSpace.
- Kulka próbki o masie 1,3 g została umieszczona na środku dolnej płyty bez wywierania nacisku, a górna płyta zetknęła się z próbką z prędkością 10 mm/s, aż do osiągnięcia wymaganej siły nacisku.
- Po okresie kontaktu wynoszącym 2 sekundy szczelina była zwiększana liniowo z prędkością 10 mm/s, a siła normalna rejestrowana jako funkcja czasu.
- Wszystkie pomiary przeprowadzono w temperaturze 25°C.
Wyniki i dyskusja
Profil szczeliny i siły normalnej dla Blu-Tack® z przyłożoną siłą normalną 10 N pokazano na rysunku 2. Pokazuje on zbliżanie się górnej płyty do próbki z prędkością 10 mm/s i wzrost siły normalnej w miarę nawiązywania kontaktu. Po okresie kontaktu wynoszącym 2 s, szczelina zwiększa się liniowo przy prędkości 10 mm/s, co odpowiada zmniejszeniu siły ściskającej, ale resztkowej sile rozciągającej odpowiadającej przyczepności i adhezji.
Tabela 1: Wyniki analizy na podstawie rysunku 3 dla różnych ciśnień kontaktowych
| Opis próbki | Nazwa działania | Czas (działanie) (s) | Siła normalna (N) | Szczelina (mm) | Wynik dla obszaru |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 N | Szczytowa siła normalna | 0.3573 | -1.677 | 7.8614 | |
| 5 N | Czas zmniejszenia siły o 90% wartości szczytowej | 0.7006 | -1.677 | 11.288 | |
| 5 N | Powierzchnia pod krzywą siły w czasie (N/s) | 0.4799 | |||
| 10 N | Szczytowa siła normalna | 0.3525 | -3.492 | 6.6156 | |
| 10 N | Czas zmniejszenia siły o 90% wartości szczytowej | 0.6906 | -0.3492 | 9.9909 | |
| 10 N | Powierzchnia pod krzywą siły w czasie (N/s) | 0.8353 | |||
| 15 N | Szczytowa siła normalna | 0.3690 | -4.220 | 6.0800 | |
| 15 N | Czas zmniejszenia siły o 90% wartości szczytowej | 0.7127 | -0.4220 | 9.5118 | |
| 15 N | Powierzchnia pod krzywą siły w czasie (N/s) | 1.977 | |||
| 20 N | Szczytowa siła normalna | 0.3105 | -5.363 | 5.2124 | |
| 20 N | Czas zmniejszenia siły o 90% wartości szczytowej | 0.6522 | -0.5363 | 8.6237 | |
| 20 N | Powierzchnia pod krzywą siły w czasie (N/s) | 1.280 |
Wyniki porównawcze dla różnych nacisków kontaktowych przedstawiono na rysunku 3 i w tabeli 1. Wyniki te odnoszą się tylko do siły rozciągającej (ujemnej), która odpowiada przyczepności i adhezji.
Wyniki pokazują, że NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.napięcie szczątkowe lub przyczepność wzrasta wraz z przyłożoną siłą normalną, szczególnie do 15 N, przy czym tylko niewielki wzrost obserwuje się przy przyłożonej sile normalnej 20 N. Jeśli chodzi o obszar pod krzywymi, który odnosi się do siły adhezji/klejenia materiału, wydaje się, że wzrasta on wraz z siłą nacisku do 15 N, a następnie obserwuje się spadek przy 20 N, co wskazuje, że istnieje optymalna siła nacisku między 10 N a 20 N, która zapewnia maksymalną przyczepność w tych warunkach.
Czasy zaniku siły normalnej o 90% ich wartości szczytowych są podobne dla sił nacisku 5 N, 10 N i 15 N, ale nieco niższe dla 20 N, co sugeruje nieco szybsze uszkodzenie po 20 N nacisku.
Wnioski
Reometr rotacyjny Kinexus z zaawansowanymi możliwościami testu osiowego może być wykorzystany do oceny lepkości lub właściwości kohezyjnych/adhezyjnych klejów wrażliwych na nacisk. W tym badaniu takie właściwości zostały ocenione i porównane dla próbki Blu-Tack® z różnymi siłami nacisku. Sugeruje to, że istnieje optymalny nacisk między 10 N a 20 N, który zapewnia maksymalną przyczepność w warunkach testu.