Introducere
Aderența sau lipiciozitatea în contextul comportamentului materialelor este asociată cu aderența și poate rezulta din forțele adezive dintre două materiale aflate în contact sau din forțele de coeziune dintr-un material care leagă două substraturi.
Pentru adezivii sensibili la presiune, inclusiv benzile și etichetele, adezivitatea este definită ca fiind capacitatea de a forma o legătură adezivă cu un substrat sub o presiune ușoară și la un contact scurt și este o cerință esențială pentru astfel de produse. Pentru alte materiale și aplicații, tack-ul poate fi o proprietate nedorită, un exemplu fiind cimenturile osoase, care, în conformitate cu ISO5833 [3], trebuie să fie lipsite de tack, pentru a permite utilizatorului să modeleze și să aplice cimentul fără a adera la mănuși sau la ajutoarele de aplicare.
Lipiciunea poate influența, de asemenea, comportamentul și percepția produselor de consum, exemple fiind extrudarea produselor viscoelastice groase, cum ar fi pasta de dinți din tuburi, sau mestecarea sau manipularea alimentelor lipicioase. De asemenea, poate fi utilizat pentru a evalua proprietățile unei suprafețe și pentru a aprecia dacă aceasta este curată sau nu. Prin urmare, evaluarea calitativă a aderenței poate fi făcută pur și simplu prin atingere sau pipăit, însă astfel de evaluări sunt subiective, dificil de cuantificat și pot fi influențate de alți factori suplimentari.
Pentru multe activități de cercetare și dezvoltare, poate fi util să se analizeze, să se compare și să se cuantifice "aderența" sau "lipiciunea" cu ajutorul unui test obiectiv simplu. Pentru industria adezivilor, există multe astfel de teste standard disponibile în funcție de tipul de produs, inclusiv teste cum ar fi testul de aderență în buclă, testul de aderență rapidă și testul cu bilă rulantă.
Testul cu sondă inversată
Această notă de aplicare se referă la un alt test care este utilizat în mod obișnuit în industria adezivilor, cunoscut sub numele de testul cu sonda inversată. În acest test, o sondă inversată este pusă în contact cu adezivul la o viteză, o presiune de contact și un timp de contact fixe. Aderența este apoi înregistrată ca forța maximă necesară pentru a rupe legătura rezultată.
În acest caz, vârful forței normale negative (tensiune) poate fi atribuit "aderenței", suprafața de sub curba forță-timp a rezistenței adezivului sau a coeziunii, iar timpul necesar pentru ca vârful forței să scadă cu 90% reprezintă o măsură comparativă a ratei sau timpului de defectare, după cum se arată în figura 1.
Experimental
- Proprietățile de aderență ale Blu-Tack® au fost măsurate folosind o gamă de forțe de contact (5 N, 10 N, 15 N și 20 N).
- Măsurătorile au fost efectuate utilizând un reometru rotațional Kinexus cu un cartuș cu plăci Peltier, folosind o placă superioară de 20 mm și o placă inferioară de 65 mm (oțel inoxidabil) și o secvență standard preconfigurată în software-ul rSpace.
- O bilă de probă de 1,3 g a fost plasată în centrul plăcii inferioare fără a se aplica presiune, iar placa superioară a fost pusă în contact cu proba la o viteză de apropiere de 10 mm/s până la atingerea forței de contact necesare.
- După o perioadă de contact de 2 secunde, spațiul a fost mărit liniar la 10 mm/s, iar forța normală a fost înregistrată în funcție de timp.
- Toate măsurătorile au fost efectuate la 25°C.
Rezultate și discuții
În figura 2 este prezentat un profil al distanței și al forței normale pentru Blu-Tack® cu aplicarea unei forțe normale de 10 N. Aceasta arată apropierea plăcii superioare de probă la 10 mm/s și creșterea forței normale pe măsură ce se realizează contactul. După o perioadă de contact de 2 s, diferența crește liniar la 10 mm/s, ceea ce corespunde unei reduceri a forței de compresiune, dar unei forțe de tracțiune reziduale corespunzătoare aderenței și lipirii.
Tabelul 1: Rezultatele analizei bazate pe figura 3 pentru diferite presiuni de contact
| Descrierea eșantionului | Denumirea acțiunii | Timp (acțiune) (s) | Forța normală (N) | Gap (mm) | Rezultatul zonei |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 N | Forță normală maximă | 0.3573 | -1.677 | 7.8614 | |
| 5 N | Timpul de reducere a forței cu 90% din vârf | 0.7006 | -1.677 | 11.288 | |
| 5 N | Aria de sub curba forță-timp (N/s) | 0.4799 | |||
| 10 N | Forța normală de vârf | 0.3525 | -3.492 | 6.6156 | |
| 10 N | Timp pentru ca forța să se reducă cu 90% din vârf | 0.6906 | -0.3492 | 9.9909 | |
| 10 N | Aria de sub curba forță-timp (N/s) | 0.8353 | |||
| 15 N | Forța normală de vârf | 0.3690 | -4.220 | 6.0800 | |
| 15 N | Timp de reducere a forței cu 90% din valoarea maximă | 0.7127 | -0.4220 | 9.5118 | |
| 15 N | Aria de sub curba forță-timp (N/s) | 1.977 | |||
| 20 N | Forța normală de vârf | 0.3105 | -5.363 | 5.2124 | |
| 20 N | Timp de reducere a forței cu 90% din valoarea maximă | 0.6522 | -0.5363 | 8.6237 | |
| 20 N | Aria de sub curba forță-timp (N/s) | 1.280 |
Rezultatele comparative pentru diferitele presiuni de contact sunt prezentate în figura 3 și în tabelul 1. Aceste rezultate se referă numai la forța de tracțiune (negativă), care corespunde aderenței și aderenței.
Rezultatele arată că tensiunea reziduală sau aderența crește în funcție de forța normală aplicată, în special până la 15 N, observându-se doar o ușoară creștere incrementală cu o forță normală aplicată de 20 N. În ceea ce privește suprafața de sub curbe, care se referă la rezistența adezivă/coezivă a materialului, aceasta pare să crească odată cu forța de contact până la 15 N și apoi se observă o scădere la 20 N, indicând faptul că există o forță de contact optimă între 10 N și 20 N care oferă aderență maximă în aceste condiții.
Timpii necesari pentru ca forța normală să scadă cu 90% din valorile lor de vârf sunt similari pentru forțele de contact de 5 N, 10 N și 15 N, dar ușor mai mici pentru 20 N, ceea ce sugerează o rată de cedare ușor mai rapidă după o presiune de 20 N.
Concluzie
Un reometru rotațional Kinexus cu capacități avansate de testare axială poate fi utilizat pentru a evalua adezivitatea sau proprietățile coezive/adhesive ale adezivilor sensibili la presiune. În acest studiu, astfel de proprietăți au fost evaluate și comparate pentru o mostră de Blu-Tack® cu diferite forțe de contact. Acest lucru sugerează că există o presiune optimă între 10 N și 20 N care oferă aderență maximă în condițiile testului.