Состав
Клеи и герметики представляют собой сложные составы, используемые для связывания субстратов или уплотнения швов или зазоров. Они бывают разных форм, но обычно представляют собой дисперсии, содержащие полимерные материалы или отвердители, поверхностно-активные вещества и растворители. Клеи могут быть реактивными или нереактивными. Для реактивных адгезивов адгезия может быть вызвана смешением двух или более реактивных компонентов, таких как эпоксидная смола и отвердитель, или может быть вызвана внешними воздействиями, такими как УФ-излучение, тепло или влага. Для нереакционноспособных адгезивов адгезия индуцируется физическими раздражителями, такими как давление или испарение растворителя, например. В случае с герметиком основная функция заключается в герметизации стыков или зазоров и предотвращении попадания или выхода влаги, растворителей или газов из системы или компонента, хотя многие герметики могут выполнять несколько функций.
Большинство клеев и герметиков состоят из полимерных материалов или содержат мономеры или олигомеры, которые после реакции образуют сшитую полимерную сеть. Следовательно, молекулярная масса и молекулярная структура этих компонентов имеют решающее значение для свойств материала как до, так и после адгезии. Многие рецептуры клея и герметика представляют собой двухфазные системы, которые включают эмульсии, содержащие диспергированный полимер, или диспергированные твердые вещества в случае герметика. В обоих случаях размер частиц и размер капель могут иметь решающее значение для характеристик продукта.
Любой, кто намеревается использовать клеи и герметики, сталкивается с серьезной проблемой правильного выбора материала, а также определения правильных процессов. Клей или герметик должен течь на поверхность подложки, а затем переходить из текучей жидкости в твердую конструкцию, не создавая вредных внутренних напряжений в соединении. Многие возникающие проблемы с адгезивом или герметиком связаны не с плохим выбором материала или конструкции соединения, а напрямую связаны с неправильными технологиями производства, в большинстве из которых отсутствуют подходящие средства управления процессом.
Почему измерение вязкости важно при приготовлении рецептур?
Существует много типов клея и герметиков, которые необходимо учитывать при настройке производственного процесса. Тщательное рассмотрение вязкости помогает выбрать правильный материал как для дизайна продукта, так и для производственного процесса, необходимого для его изготовления.
Современные клеи часто представляют собой сложную рецептуру компонентов, которые выполняют специальные функции. Формирование сырья в исправные системы клеевого соединения и герметизации само по себе является широкой технологической областью. Клеи и герметики могут быть изготовлены в различных формах: одно- и двухкомпонентные жидкости, растворы на основе растворителей, эмульсии на водной основе, пленки на подложке или без подложки, предварительно отформованные гранулы или фасонные экструзии и многие другие формы. Такое разнообразие вариантов составов и форм конечного использования свидетельствует о продвинутой стадии разработки клеев и герметиков.
Вязкость (и реология) является одним из наиболее важных параметров в производстве и обработке клеев. Далее поступающий материал должен быть проверен на вязкость перед использованием (например, в дозирующей системе). Различные растворители, растворимые агенты, смолистые порошки или инертные наполнители могут быть использованы для контроля вязкости клея. Вязкость клеевых систем может потребоваться увеличить или уменьшить в зависимости от области применения и условий эксплуатации.
- Контроль вязкости является одним из методов, обычно используемых для поддержания постоянной толщины продукта и линии склеивания. Загустители и тиксотропные агенты используются для поддержания разумной толщины клеевой линии путем регулировки вязкости.
- Характеристики потока могут регулироваться путем включения наполнителипутем использования сеток или тканых лент в качестве «внутренних прокладок» внутри самого клея или путем тщательного регулирования цикла отверждения. Наполнители включены для контроля вязкости клеев, а также других свойств.
- Захват воздуха может стать источником отказа, особенно в небольших приложениях. Удаление воздуха из системы перед применением может быть необходимым этапом обработки. Воздушные зазоры могут препятствовать полному сцеплению клея с поверхностью подложки, что может привести к снижению прочности. Разбавители уменьшить вязкость и сократить время, необходимое адгезивам для эффективного увлажнения основы. Пониженная вязкость также способствует удалению захваченного воздуха и способствует капиллярному действию адгезива в заполняющих порах и полостях, которые могут находиться на поверхности подложки. Однако добавление разбавителей, особенно непрореагировавших жидких смол, обычно приводит к снижению плотности сшивки, что, в свою очередь, может привести к снижению жаропрочности и снижению устойчивости к воздействию окружающей среды.
- Соотношение смешивания для многих материалов из двух частей может быть серьезной проблемой. Некоторые системы очень чувствительны к незначительным изменениям в соотношении компонентов. Многие материалы стехиометрически уравновешены, и смешение в непропорциональном соотношении может привести к тому, что материал отверждается хаотично и / или не функционирует с оптимальной способностью. Некоторые материалы, которые не так чувствительны к соотношению компонентов, могут иметь слегка отличающиеся характеристики при изменении соотношения. Материалы, которые отверждаются с использованием смеси с низким соотношением, могут иметь немного различную конечную твердость и предел прочности при растяжении, что влияет на конечные характеристики. Альтернативным решением для удовлетворения строгих требований в отношении соотношения смеси может быть постоянный контроль вязкости на протяжении всего процесса смешивания и регулирование количества различных компонентов / материалов в зависимости от требуемых характеристик потока.
- Смешивание двухкомпонентных клеев является основной технологической функцией, но важно для правильной работы этих клеев. Недостаточная смесь может привести к частичной химической реакции, которая приводит к частичному отверждению. Недостаточно отвержденный материал, скорее всего, приведет к плохой прочности сцепления и снижению физических свойств. Кроме того, смешивание оригинального контейнера может быть очень важным. Наполнители или другие составляющие могут осесть. Обеспечение гомогенная смесь каждого компонента перед смешиванием (на две части) жизненно важно для достижения максимальных свойств. Измерения вязкости в нескольких точках в смеси могут помочь контролировать и регулировать однородность до желаемого уровня для применения.
Медленные и критические требования к обработке некоторых клеев могут быть основным недостатком, особенно при больших объемах производства. Если клей состоит из нескольких компонентов, детали необходимо тщательно взвесить и смешать. Операция настройки часто требует нагрева и давления. Длительное установленное время делает необходимые для сборки приспособления и приспособления. Жесткий контроль процесса также необходим, потому что адгезионные свойства зависят от параметров отверждения и подготовки поверхности. Проверка готовых соединений для контроля качества очень сложна. Это также требует строгого контроля над всем процессом склеивания для обеспечения однородного качества. Методы неразрушающего контроля не могут количественно предсказать прочность суставов.
Измерения вязкости при тестировании
Тестирование является чрезвычайно важной функцией в индустрии клеев и герметиков по нескольким причинам. Невозможно достоверно предсказать характеристики соединения, основываясь исключительно на параметрах клея, подложки и конструкции соединения. Вязкость клея является показателем того, насколько легко продукт можно перекачать или распределить по поверхности. Он раскрывает информацию, а также скорость схватывания жидкости и поверхностное натяжение, относящиеся к характеристикам смачивания клея, и информацию, касающуюся возраста и состава клея. Измерения вязкости сыпучих клеев или герметиков обычно основаны на одном из следующих методов, описанных в ASTM D 1084. Испытания адгезива и герметика проводятся по разным причинам. Они используются для:
- Выберите среди материалов или процессов, таких как клей, прилипание или совместный дизайн;
- Контролировать качество производственных материалов, чтобы убедиться, что они не изменились с момента последней проверки их использования в процессе склеивания;
- Подтвердите эффективность процесса склеивания, такого как очистка поверхности или отверждение; или
- Изучить параметры или переменные процесса, которые могут привести к измеренным различиям в производительности облигации
Существуют две основные категории испытаний для клеев и герметиков: испытания основных свойств и испытания конечного использования. Фундаментальные испытания свойств, такие как тестирование вязкости, обычно используются для оценки консистенции поступающего клея или субстрата после того, как система соединений проверена как подходящая для конкретного применения. Часто после того, как произошел сбой или необъяснимое происшествие, проводится проверка фундаментальных свойств, чтобы определить, могло ли виновником быть изменение входящего материала. Ряд стандартных испытаний для клеев и герметиков был определен Американским обществом испытаний и материалов (ASTM) и другими профессиональными организациями, такими как Министерство обороны США и Общество инженеров автомобильной промышленности.
Контроль качества поступающих материалов: Может также потребоваться проверить входящий сыпучий продукт на предмет фундаментальных свойств. Эти проверки обычно состоят из оценки физических и химических свойств, таких как: цвет, вязкость, процентное содержание твердых веществ, вес на галлон, жизнеспособность, время открытия и расход. Чрезвычайно высокий процент дефектов может быть связан с плохим качеством изготовления или отсутствием понимания относительно адгезии. Спецификации являются необходимой частью программы контроля качества. Спецификация - это просто заявление о требованиях, которым должен соответствовать клей, герметик или процесс, чтобы быть принятым к использованию.
Клеи могут быть однокомпонентными, но они часто состоят из двух компонентов: смолы и отвердителя. Все компоненты отдельно и смешанный продукт должны быть проверены на вязкость. Вот некоторые из стандартных тестов для характеристики основных свойств материалов для клеев и герметиков:
- ASTM D1084 Вязкость клея
- ASTM D2556 Кажущаяся вязкость клея, имеющего свойства потока, зависящие от скорости сдвига
- ASTM D3236 Вязкость клея-расплава и материалов для покрытий
Управление вязкостью в системах доставки
Когда эти новые промышленные клеи используются как в автомобилестроении, так и в общем производстве, они применяются с использованием самых разных систем доставки клея. Они варьируются от полностью роботизированных систем нанесения, которые быстро наносят точную, постоянно измеряемую полоску клея на заготовку, такую как незагрунтованная панель кузова или лобовое стекло, до пистолетных аппликаторных систем, используемых рабочими завода для ручного нанесения клея на панели и детали во время сборки производственной линии. Для достижения более равномерного потока и расслоения материала во время нанесения после насоса можно добавить регуляторы вязкости жидкости.
Реология и вязкость являются одними из наиболее важных характеристик, связанных с герметиками и адгезивами, которые должны обладать жидкими свойствами (они должны течь), чтобы их можно было наносить, но также должны иметь достаточную «липкость», чтобы прилипать или связывать субстраты вместе - поведение, зависит от вязкоупругих свойств. После нанесения большинство материалов должны претерпевать переход жидкость-твердое тело с целью образования прочного уплотнения или адгезионного соединения. Для маловязких клеев вязкость важна для проникновения в склеиваемые поверхности и для протекания в клеевой зазор. Для клея с высокой вязкостью требуется правильная вязкость, чтобы перекрыть большие зазоры и предотвратить его вытекание в небольшие зазоры и поры на поверхности.
Вязкость - это измерение характеристик потока, а ее контроль - одна из важнейших операций на этапах доставки клея и герметика. Ключевые моменты о том, насколько важна вязкость суспензии:
- Посредством измерения вязкости можно заметить изменения плотности, стабильности, содержания растворителя и молекулярной массы. Вязкость является эффективным показателем Распределение частиц по размерам, Изменения распределения частиц по размерам могут влиять на свойства, включая плотность, реологию и толщину покрытия. Свойства, которые могут быть затронуты химическая стойкость, термические характеристики, ударопрочность, усадка, гибкость, работоспособность и прочностьПостоянный контроль вязкости и внесение необходимых корректировок в рецептуру имеют важное значение для достижения требуемых свойств клеев и герметиков в соответствующих областях применения.
- Постоянный мониторинг и контроль вязкости имеет важное значение для выявления и предотвращения проблем при доставке, вызванных факторами окружающей среды: температура, уровень влажности, углекислый газ, pH и кислород, а также другие химические вещества, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на клей и герметики.
Чтобы иметь единый процесс нанесения и чтобы не тратить материалы и оптимизировать использование энергии, крайне желательно, чтобы вязкость автоматически регулировалась до практически постоянного значения. Мониторинг и контроль вязкости в режиме реального времени имеет важное значение для улучшить производительность и сократить расходы практически в любой рецептуре и процессе доставки клеев и герметиков. Операторы процесса осознают необходимость вискозиметра, который контролирует вязкость и температуру и может использовать вязкость с температурной компенсацией в качестве ключевой переменной процесса, чтобы обеспечить согласованность и уменьшить количество отказов.