Kompozycja
Kleje i szczeliwa są złożonymi formułami stosowanymi do wiązania podłoży lub uszczelniania połączeń lub szczelin. Występują w różnych postaciach, ale są zwykle dyspersjami zawierającymi materiały polimerowe lub środki utwardzające, środki powierzchniowo czynne i rozpuszczalniki. Kleje mogą być reaktywne lub niereaktywne. W przypadku klejów reaktywnych przyczepność może być indukowana przez zmieszanie dwóch lub więcej składników reaktywnych, takich jak żywica epoksydowa i utwardzacz, lub może być indukowana przez bodźce zewnętrzne, takie jak promieniowanie UV, ciepło lub wilgoć. W przypadku niereaktywnych klejów przyczepność jest indukowana przez bodźce fizyczne, takie jak na przykład ciśnienie lub odparowanie rozpuszczalnika. W przypadku szczeliwa podstawową funkcją jest uszczelnianie połączeń lub szczelin i zapobieganie przedostawaniu się wilgoci, rozpuszczalników lub gazów do układu lub komponentu lub ucieczce z niego, chociaż wiele uszczelniaczy może pełnić wiele funkcji.
Większość klejów i uszczelniaczy składa się z materiałów polimerowych lub zawiera monomery lub oligomery, które po reakcji tworzą usieciowaną sieć polimerową. W konsekwencji masa cząsteczkowa i struktura cząsteczkowa tych składników są krytyczne dla właściwości materiału zarówno przed, jak i po adhezji. Wiele preparatów klejących i uszczelniających to układy dwufazowe, które obejmują emulsje zawierające zdyspergowany polimer lub zdyspergowane ciała stałe w przypadku uszczelnienia. W obu przypadkach wielkość cząstek i wielkość kropelek mogą mieć kluczowe znaczenie dla działania produktu.
Każdy, kto zamierza stosować kleje i szczeliwa, musi zmierzyć się z ogromnym wyzwaniem, jakim jest właściwy wybór materiału, a także określenie właściwych procesów. Klej lub szczeliwo musi spłynąć na powierzchnię podłoża, a następnie zmienić płynną ciecz w strukturalne ciało stałe, nie powodując szkodliwych naprężeń wewnętrznych w złączu. Wiele ewoluujących problemów z klejem lub uszczelniaczem nie wynika z niewłaściwego wyboru materiału lub konstrukcji złącza, ale są bezpośrednio związane z wadliwymi technikami produkcji, w większości pozbawionymi odpowiedniej kontroli procesu.
Dlaczego pomiar lepkości jest ważny przy przygotowywaniu preparatów?
Istnieje wiele rodzajów klejów i uszczelniaczy, które należy wziąć pod uwagę przy konfigurowaniu procesu produkcyjnego. Staranne rozważenie lepkości pomaga wybrać odpowiedni materiał zarówno do projektu produktu, jak i procesu produkcyjnego wymaganego do jego zbudowania.
Nowoczesne kleje są często złożoną formułą składników spełniających specjalne funkcje. Formułowanie surowców w użyteczne systemy klejenia i uszczelniania samo w sobie jest szeroką dziedziną technologii. Kleje i szczeliwa mogą być wytwarzane w różnych postaciach: jedno- i dwuczęściowych płynów, roztworów na bazie rozpuszczalników, emulsji na bazie wody, folii na podłożu lub bez podparcia, wstępnie uformowanych granulek lub kształtek i wielu innych postaciach. Ta różnorodność możliwości formułowania i form końcowego zastosowania wskazuje na zaawansowany stan rozwoju klejów i uszczelniaczy.
Lepkość (i reologia) jest jednym z najważniejszych parametrów w produkcji i przetwarzaniu klejów. Kolejny przychodzący materiał musi zostać przetestowany pod kątem lepkości przed użyciem (np. W systemie dozowania). Różne rozpuszczalniki, środki rozpuszczalne, proszki żywiczne lub obojętne wypełniacze mogą być stosowane do kontrolowania lepkości kleju. Lepkość systemów klejących może wymagać zwiększenia lub zmniejszenia w zależności od zastosowania i środowiska operacyjnego.
- Kontrola lepkości jest jedną z metod powszechnie stosowanych do utrzymania jednolitej grubości produktu i linii wiązania. Zagęszczacze i środki tiksotropowe są stosowane do utrzymania rozsądnej grubości linii kleju poprzez regulację lepkości.
- Charakterystykę przepływu można regulować przez włączenie wypełniacze, przez zastosowanie listew lub taśm tkanych jako „podkładek wewnętrznych” w samym kleju lub przez staranną regulację cyklu utwardzania. Wypełniacze są wprowadzane w celu kontrolowania lepkości klejów, a także innych właściwości.
- Uwięzienie powietrza może być przyczyną awarii, szczególnie w małych aplikacjach. Usunięcie powietrza z układu przed zastosowaniem może być niezbędnym etapem przetwarzania. Szczeliny powietrzne mogą uniemożliwić pełne połączenie kleju z powierzchnią podłoża, co może skutkować zmniejszoną wytrzymałością. Rozcieńczalniki zmniejszyć lepkość i skrócić czas potrzebny klejom do skutecznego zwilżenia podłoża. Zmniejszona lepkość pomaga również w usuwaniu uwięzionego powietrza i wspomaga kapilarne działanie kleju w wypełniających się porach i wnękach, które mogą znajdować się na powierzchni podłoża. Jednak dodanie rozcieńczalników, zwłaszcza nieprzereagowanych ciekłych żywic, zwykle powoduje obniżenie gęstości usieciowania, co z kolei może skutkować zmniejszoną wytrzymałością na wysoką temperaturę i niższą odpornością na środowisko.
- Proporcje mieszania dla wielu dwuczęściowych materiałów może być poważnym problemem. Niektóre systemy są bardzo wrażliwe na niewielkie zmiany proporcji mieszania. Wiele materiałów jest zrównoważonych stechiometrycznie, a mieszanka o niewłaściwym stosunku może powodować nierównomierne utwardzenie materiału i / lub pogorszenie jego optymalnej zdolności. Niektóre materiały, które nie są tak wrażliwe na proporcje mieszania, mogą wykazywać nieco inne właściwości, gdy proporcja jest zmienna. Materiały, które utwardzają się przy użyciu mieszanki nieproporcjonalnej, mogą mieć nieco inną twardość końcową i wytrzymałość na rozciąganie, co wpływa na końcową wydajność. Alternatywnym rozwiązaniem w celu spełnienia rygorystycznych wymagań dotyczących stosunku mieszania może być ciągłe monitorowanie lepkości podczas całego procesu mieszania i regulacja ilości różnych składników / materiałów w zależności od pożądanych właściwości przepływu.
- Mieszanie dwuskładnikowych klejów jest podstawową funkcją procesu, ale jest niezbędne dla prawidłowego działania tych klejów. Niewystarczająca mieszanka może spowodować częściową reakcję chemiczną, która prowadzi do częściowego utwardzenia. Niewystarczająco utwardzony materiał najprawdopodobniej spowoduje słabą siłę wiązania i niższe właściwości fizyczne. Również mieszanie oryginalnego pojemnika może być bardzo ważne. Wypełniacze lub inne składniki mogą się osadzać. Zapewnienie jednorodna mieszanka każdego składnika przed zmieszaniem (dla dwóch części) jest niezbędny do osiągnięcia maksymalnych właściwości. Pomiary lepkości w wielu punktach mieszanki mogą pomóc monitorować i regulować jednorodność do pożądanego poziomu dla aplikacji.
Powolne i krytyczne wymagania przetwarzania niektórych klejów mogą być poważną wadą, szczególnie w operacjach produkcyjnych na dużą skalę. Jeśli klej ma wiele składników, części należy dokładnie zważyć i wymieszać. Proces ustawiania często wymaga ciepła i ciśnienia. Długi czas wiązania sprawia, że przyrządy i uchwyty są niezbędne do montażu. Konieczne są również sztywne kontrole procesu, ponieważ właściwości kleju zależą od parametrów utwardzania i przygotowania powierzchni. Kontrola gotowych połączeń w celu kontroli jakości jest bardzo trudna. Wymaga to również ścisłej kontroli nad całym procesem łączenia, aby zapewnić jednolitą jakość. Nieniszczące techniki testowe nie mogą ilościowo przewidzieć wytrzymałości stawu.
Pomiary lepkości w testach
Testowanie jest niezwykle istotną funkcją w przemyśle klejów i uszczelniaczy z kilku powodów. Nie można w wiarygodny sposób przewidzieć właściwości złącza na podstawie wyłącznie parametrów kleju, podłoża i konstrukcji złącza. Lepkość kleju wskazuje, jak łatwo można pompować lub rozprowadzać produkt na powierzchni. Ujawnia informacje, wraz z szybkością wiązania i napięciem powierzchniowym, które są związane z właściwościami zwilżającymi kleju oraz informacje dotyczące wieku i składu kleju. Pomiary lepkości sypkich klejów lub uszczelniaczy są zwykle oparte na jednej z następujących metod opisanych w ASTM D 1084. Testy klejów i uszczelniaczy są przeprowadzane z różnych powodów. Służą do:
- Wybierz spośród materiałów lub procesów, takich jak klej, przyklejanie lub projektowanie połączeń;
- Monitorować jakość materiałów produkcyjnych, aby upewnić się, że nie uległy one zmianie od ostatniej weryfikacji, czy zostały użyte w procesie wiązania;
- Potwierdź skuteczność procesu wiązania, takiego jak czyszczenie powierzchni lub utwardzanie; lub
- Zbadaj parametry lub zmienne procesowe, które mogą prowadzić do zmierzonych różnic w wydajności wiązania
Istnieją dwie ogólne kategorie testów klejów i uszczelniaczy: podstawowe testy właściwości i testy końcowego zastosowania. Zasadnicze testy właściwości, takie jak badanie lepkości, są zwykle stosowane do oceny konsystencji przychodzącego kleju lub podłoża po zweryfikowaniu, czy system połączeń jest odpowiedni w konkretnym zastosowaniu. Często przeprowadza się podstawowe badania właściwości po wystąpieniu awarii lub niewyjaśnionego zdarzenia w celu ustalenia, czy zmiana w przychodzącym materiale mogła być potencjalnym winowajcą. Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) oraz inne organizacje zawodowe, takie jak Departament Obrony USA i Society of Automotive Engineers, określiły szereg standardowych testów klejów i uszczelniaczy.
Kontrola jakości przychodzących materiałów: Konieczne może być również przetestowanie przychodzącego produktu luzem pod kątem podstawowych właściwości. Kontrole te zwykle polegają na ocenie właściwości fizycznych i chemicznych, takich jak: kolor, lepkość, procent ciał stałych, waga na galon, czas przydatności do użycia, czas otwarty i przepływ. Niezwykle wysoki odsetek wad można przypisać słabemu wykonaniu lub niezrozumieniu przyczepności. Specyfikacje są niezbędną częścią programu kontroli jakości. Specyfikacja jest po prostu stwierdzeniem wymagań, które klej, szczeliwo lub proces muszą spełniać, aby zostać dopuszczonym do użycia.
Kleje mogą być jednoskładnikowe, ale często składają się z dwóch składników, żywicy i utwardzacza. Wszystkie składniki osobno i zmieszany produkt należy zbadać pod względem lepkości. Niektóre standardowe testy charakteryzujące podstawowe właściwości materiałów klejów i uszczelniaczy są następujące:
- ASTM D1084 Lepkość klejów
- ASTM D2556 Lepkość pozorna kleju o właściwościach przepływu zależnych od prędkości ścinania
- ASTM D3236 Lepkość klejów topliwych i materiałów powłokowych
Zarządzanie lepkością w systemach dostarczania
Te nowe kleje przemysłowe, stosowane zarówno do celów motoryzacyjnych, jak i do ogólnych celów produkcyjnych, są nakładane przy użyciu wielu różnych systemów dostarczania kleju. Obejmują one w pełni zrobotyzowane systemy aplikacji - które szybko nakładają precyzyjną, konsekwentnie odmierzoną kroplę kleju na obrabiany przedmiot, taki jak niezagruntowany panel nadwozia lub przednia szyba - po systemy aplikatorów pistoletowych używane przez pracowników zakładu do ręcznego nakładania kleju na panele i części podczas montażu linii produkcyjnej. Aby uzyskać bardziej równomierny przepływ i ścieg materiału podczas aplikacji, za pompą można dodać regulatory lepkości cieczy.
Reologia i lepkość to jedne z najważniejszych cech związanych ze szczeliwami i klejami, które powinny wykazywać właściwości podobne do cieczy (powinny płynąć), aby można je było zastosować, ale muszą mieć również wystarczającą `` przyczepność '', aby przylegać do lub wiązać podłoża razem - zachowanie, jest pod wpływem właściwości lepkosprężystych. Po nałożeniu większość materiałów jest następnie projektowana tak, aby przechodziła przemiana ciecz-ciało stałe w celu utworzenia solidnego uszczelnienia lub połączenia klejowego. W przypadku klejów o niskiej lepkości lepkość jest ważna dla penetracji powierzchni klejenia i wpływania do szczeliny klejowej. W przypadku klejów o wysokiej lepkości wymagana jest odpowiednia lepkość, aby wypełnić większe szczeliny i zapobiec przedostawaniu się kleju do małych szczelin i porów na powierzchni.
Lepkość jest pomiarem charakterystyk płynięcia, a jej kontrola jest jedną z najważniejszych operacji etapów dostarczania kleju i szczeliwa. Kluczowe punkty na temat tego, jak ważna jest lepkość gnojowicy:
- Poprzez pomiar lepkości można zauważyć zmiany gęstości, stabilności, zawartości rozpuszczalnika i masy cząsteczkowej. Lepkość jest skutecznym wskaźnikiem Rozkład wielkości cząstek. Zmiany rozkładu wielkości cząstek mogą wpływać na właściwości, w tym gęstość, reologię i grubość powłoki. Właściwości, na które mogą mieć wpływ odporność chemiczna, właściwości termiczne, odporność na uderzenia, skurcz, elastyczność, użyteczność i wytrzymałośćCiągły monitoring lepkości i wprowadzanie niezbędnych zmian w recepturze jest niezbędne, aby uzyskać właściwe właściwości klejów i uszczelniaczy w odpowiednich zastosowaniach.
- Ciągły monitoring i kontrola lepkości są niezbędne do wykrywania i unikania problemów w dostawie spowodowanych czynnikami środowiskowymi – temperaturą, poziomem wilgoci, dwutlenkiem węgla, pH i tlenem, a także innymi substancjami chemicznymi, które mogą mieć niekorzystny wpływ na kleje i uszczelniacze.
W celu zapewnienia jednolitego procesu nanoszenia, aby nie marnować materiałów i zoptymalizować zużycie energii, wysoce pożądane jest automatyczne regulowanie lepkości do zasadniczo stałej wartości. Monitorowanie i kontrola lepkości w czasie rzeczywistym w linii jest niezbędny do poprawić wydajność i obniżyć koszty w prawie każdym procesie formułowania i dostawy klejów i uszczelniaczy. Operatorzy procesów zdają sobie sprawę z potrzeby lepkościomierza, który monitoruje lepkość i temperaturę, i mogą wykorzystywać lepkość z kompensacją temperatury jako kluczową zmienną procesową, aby zapewnić spójność i zmniejszyć awarie.