Klejenie adhezyjne tworzyw

Rozwiązania klejenia adhezyjnego

Ekspercka inżynieria procesów dla złożonych wyzwań klejenia 2D i 3D — zaawansowane technologie i metody Six Sigma, którym ufają producenci lotniczy, medyczni, motoryzacyjni i konsumenccy na całym świecie.

Uszkodzenia kleju, klejenie adhezyjne tworzyw

Testy plazmowe na miejscu i szkolenia z nauki o powierzchniach

Uszkodzenia klejów i uszkodzenia adhezji występują na granicy dwóch podobnych lub różnych powierzchni podłoży. Procesy klejenia obejmują siły adhezyjne i kohezyjne. Typ uszkodzenia adhezji można scharakteryzować jako uszkodzenie adhezyjne, kohezyjne lub podłoża, zależnie od siły tych oddziaływań. Uszkodzenie adhezyjne, czyli delaminacja, wynika zwykle z cech podłoża, w tym jego chemii powierzchni i energii powierzchniowej, przygotowania powierzchni oraz procedur aplikacji. Uszkodzenie kohezyjne wiąże się z wewnętrzną wytrzymałością kleju. Uszkodzenie podłoża nie dotyczy procesu klejenia, lecz wytrzymałości samego podłoża — spoina jest mocniejsza niż podłoże.

Problemy z adhezją można szybko rozwiązać dzięki ekspertom inżynierii procesów biegłym w dziedzinach polimerów i metali, chemii, klejów, primerów, powłok, silanów, obróbek plazmowych, jakości powierzchni, operacji formowania i metod badawczych.

Grupa Sabreen odnosi wybitne sukcesy w rozwiązywaniu złożonych dwu- i trójwymiarowych problemów klejenia, wykorzystując nasze zaawansowane technologie i metody procesowe Six Sigma. Opracowujemy innowacyjne rozwiązania dla szerokiego spektrum zastosowań, w tym myśliwców odrzutowych, medycyny, motoryzacji, elektroniki, produktów konsumenckich i innych. Jeden z naszych opatentowanych procesów zastosowano do produkcji systemów uzbrojenia „inteligentnych bomb" podczas operacji Pustynna Burza i nadal służy jako wzorzec doskonałości klejenia w zastosowaniach wojskowych i NASA. Inna technologia zapewnia wyjątkową przyczepność powłok wodorozcieńczalnych na wyrobach poliolefinowych do zastosowań w zewnętrznych obudowach.

Technologie SABREEN wykorzystywane są do produkcji wielu najbardziej rozpoznawalnych dziś wyrobów wojskowych i komercyjnych — od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i farmaceutyków po podwodne kamery sportowe. Inżynieria SABREEN przyniosła naszym klientom najwyższe branżowe nagrody, w tym farmaceutyczno-medyczny produkt opakowaniowy roku, włączony do zbiorów Narodowego Muzeum Smithsonian. Nasz wczesny udział w projektach przyspiesza harmonogramy.

Innowacyjne rozwiązania SABREEN

Indywidualne technologie klejenia, utwardzania i obróbki wstępnej opracowane dla szerokiej gamy materiałów i zastosowań.

Indywidualne technologie klejenia i utwardzania do hermetycznego uszczelniania poliolefin

Indywidualna obróbka wstępna, chemia atramentowa i utwardzanie UVLED

Obróbka plazmowa i indywidualny atrament na tarczy zamka sejfu z PPS

Przełomowa technologia atramentowa dla elastomerowych urządzeń noszonych

Klejenie optomechaniczne anti-fog/AR/hardcoat na poliwęglanie

Obróbka plazmowa zamknięć poliolefinowych

Laminowanie płomieniowe foteli samochodowych

Nagradzane, modne farmaceutyczno-medyczne etui na środki antykoncepcyjne

Polimerowe dachówki zdobione/powlekane imitujące łupek i gont cedrowy, 40 lat gwarancji na światłotrwałość, ogień i wiatr

Pełnokolorowy druk cyfrowy z odpornym chemicznie topcoatem FDA — stabilność w zmywarce

Indywidualne zdobienia i powłoki specjalne imitujące soft-touch i słoje drewna

Kompletne kompendium techniczne

14 pogłębionych tematów obejmujących naukę, materiały, metody i kontrolę jakości stojące za udanym klejeniem adhezyjnym. Kliknij dowolny temat, aby go zgłębić.

Kąt zwilżania

Kąt zwilżania to kąt mierzony zwykle przez ciecz w miejscu, gdzie granica ciecz–para styka się z powierzchnią ciała stałego. Kąt zwilżania kwantyfikuje zwilżalność powierzchni ciała stałego przez ciecz zgodnie z równaniem Younga.

Energia powierzchniowa, zwilżanie

Głębsze przyczyny, dla których wiele tworzyw trudno skleić, są takie, że to hydrofobowe materiały niepolarne, chemicznie obojętne i o słabej zwilżalności powierzchni — czyli niskiej energii powierzchniowej. O ile te hydrofobowe (odpychające wodę) właściwości są idealne dla konstruktorów, którzy ich szukają, o tyle są zmorą producentów muszących takie materiały kleić. Solidne klejenie adhezyjne zwykle wymaga powierzchni „hydrofilowych". Aby uzyskać optymalną adhezję, klej (powłoka, atrament lub farba) musi dokładnie „zwilżyć" klejoną powierzchnię (adherend).

„Zwilżenie" oznacza, że ciecz płynie i pokrywa powierzchnię, maksymalizując pole kontaktu i siły przyciągania między klejem a klejoną powierzchnią. Aby ciecz skutecznie zwilżyła powierzchnię, energia powierzchniowa kleju musi być równa lub niższa od energii powierzchniowej klejonego materiału. Alternatywnie trzeba podnieść energię powierzchniową podłoża.

Rozważ pojedynczą kroplę cieczy spoczywającą (w równowadze) na płaskiej powierzchni ciała stałego. Kąt utworzony przez powierzchnię ciała stałego i styczną do górnej powierzchni w punkcie końcowym nazywa się kątem zwilżania; jest to kąt mierzony przez ciecz między styczną w punkcie styku a poziomą linią powierzchni ciała stałego. Kształt pęcherzyka/kropli wynika z sił molekularnych, przez które wszystkie ciecze — kurcząc powierzchnię — dążą do nadania zawartej objętości kształtu o najmniejszym polu powierzchni. Siły międzycząsteczkowe kurczące powierzchnię nazywa się „napięciem powierzchniowym". Napięcie powierzchniowe, miara energii powierzchniowej, wyraża się w dynach/cm (SI N/m).

Im wyższa energia powierzchniowa podłoża stałego względem napięcia powierzchniowego cieczy (wody, farb drukarskich, klejów/zalew, powłok itd.), tym lepsza „zwilżalność" i tym mniejszy kąt zwilżania. Z reguły akceptowalną adhezję uzyskuje się, gdy energia powierzchniowa podłoża jest o około 8–10 dyn/cm wyższa od napięcia powierzchniowego cieczy.

„Zwilżanie powierzchni" — powierzchnie hydrofilowe kontra hydrofobowe

Chemiczna aktywacja powierzchni

Producenci mają silną skłonność, by skupiać się wyłącznie na kątach zwilżania lub innych pomiarach zwilżalności jako jedynym predyktorze problemów klejenia i podstawie rutynowych badań powierzchni. Równie ważna jest chemiczna funkcyjność powierzchni, dzięki której powierzchnie hydrofobowe są aktywowane do klejowalnych powierzchni hydrofilowych. Do chemicznej aktywacji powierzchni służą gazowe procesy utleniającej obróbki „wyładowaniem jarzeniowym". Cechą tych procesów jest zdolność wytwarzania „plazmy gazowej" — skrajnie reaktywnego gazu złożonego z wolnych elektronów, jonów dodatnich i innych cząstek. Plazmę często opisuje się jako czwarty stan skupienia: w miarę dostarczania energii ciała stałe topnieją w ciecze, ciecze parują w gazy, a gazy jonizują się w „plazmę".

W fizyce mechanizmy wytwarzania tych plazm są różne, ale ich wpływ na zwilżalność powierzchni jest podobny. Podstawowa reakcja chemiczno-fizyczna polega na tym, że wolne elektrony, jony, cząstki metastabilne, rodniki i UV generowane w plazmie uderzają w powierzchnię z energią wystarczającą do zerwania wiązań molekularnych na powierzchni większości podłoży polimerowych. Powstają bardzo reaktywne wolne rodniki na powierzchni polimeru, które mogą się formować, sieciować lub — w obecności tlenu — szybko reagować, tworząc na powierzchni podłoża różne chemiczne grupy funkcyjne. Polarne grupy funkcyjne, które mogą powstać i poprawić klejowalność, to grupy karbonylowe (C=O), karboksylowe (HOOC), wodoronadtlenkowe (HOO-) i hydroksylowe (HO-). Nawet niewielkie ilości reaktywnych grup funkcyjnych wprowadzonych do polimerów wyraźnie poprawiają chemiczną funkcyjność i zwilżalność powierzchni. Ponadto primery chemiczne/rozpuszczalniki i ścieranie mechaniczne (w tym tekstura formy) mogą być stosowane samodzielnie lub w połączeniu z obróbkami wstępnymi.

Czynniki wpływające na adhezję i starzenie

Na stopień i jakość obróbki wstępnej — a więc wytrzymałość adhezji — wpływa czystość powierzchni tworzywa. Powierzchnia musi być czysta, aby uzyskać optymalną obróbkę i późniejszą adhezję. Zanieczyszczenia utrudniające obróbkę to brud, kurz, smar i olej. Substancje o niskiej masie cząsteczkowej — silikony, środki rozformowujące i antypoślizgowe — są dla klejenia szczególnie szkodliwe. Ważna jest też czystość materiału. Ponadto pewne rozpuszczalne lub nierozpuszczalne składniki pigmentów i barwników mogą niekorzystnie wpływać na adhezję.

Okres trwałości (starzenie obróbki) tworzyw po obróbce zależy od rodzaju żywicy, formulacji i warunków otoczenia w miejscu składowania. Ograniczają go niskocząsteczkowe utlenione substancje (LMWOM): antyutleniacze, plastyfikatory, środki poślizgowe i antystatyczne, barwniki i pigmenty, stabilizatory itd. Ekspozycja obrobionych powierzchni na podwyższone temperatury zwiększa ruchliwość łańcuchów molekularnych — im wyższa, tym szybsze starzenie obróbki. Powierzchnie po plazmie starzeją się w różnym tempie i stopniu, zależnie od otoczenia. Charakterystyka starzenia i okres trwałości są kluczowe dla operacji produkcyjnych. Aktywowane powierzchnie mogą zachowywać właściwości godziny, dni, miesiące lub dłużej. Zaleca się kleić, powlekać, malować lub zdobić wyroby jak najszybciej po obróbce wstępnej.

Dobór plazmowej obróbki wstępnej

Pamiętaj, że każda metoda obróbki wstępnej jest specyficzna dla aplikacji i może mieć unikalne zalety oraz potencjalne ograniczenia. Dla solidnych wyników rozważ następujące czynniki:

• Polimery różnie reagują na procesy utleniania. Rodzaj podłoża polimerowego i wymagania eksploatacyjne wyrobu są kluczowe przy wyborze metody obróbki.
• Czy podłoże (obrabiany wyrób) jest przewodzące? Na przykład niezmontowane korpusy plastikowych złączy elektronicznych — bez metalowych pinów — można obrabiać elektrycznie, podczas gdy zmontowane złącza mogą doświadczać problemów z łukiem elektrycznym.
• Geometria części — powierzchnie płaskie obrabia się łatwiej niż głębokie wnęki, skrajne zbieżności i inne nieregularności kształtu. Testy zwilżania trudno prowadzić na małych obszarach i mocno teksturowanych powierzchniach.
• Automatyzacja transportu: przewodzące pasy i łańcuchy mogą iskrzyć przy klasycznym wyładowaniu koronowym i urządzeniach punktowych. Rozważ wtedy płomień, zimną plazmę gazową lub niskopotencjałową plazmę atmosferyczną.
• Unikaj nadmiernej obróbki. Nadmiernie utlenione plazmą powierzchnie mogą szkodzić dalszym procesom montażu, np. zgrzewaniu/spawaniu.
• Urządzenia do obróbki wstępnej nie są sobie równe. Oceń jakość wykonania systemów w działaniu. Przy procesach elektrycznych obserwuj jednorodność wyładowania plazmy; przy obróbce płomieniowej porównaj palniki wstęgowe i wiercone oraz komponenty układu spalania; przy zimnej plazmie zbadaj jakość komory, półek elektrod, a zwłaszcza producenta pompy próżniowej.

Czystość powierzchni

Najlepsza metoda inspekcji jakości powierzchni — Surface Analyst™ 2001 to ręczne urządzenie cyfrowe do pomiaru kątów zwilżania bezpośrednio na linii produkcyjnej, bez chemicznych płynów dyne. Metoda jest nieniszcząca, więc część można dalej normalnie przetwarzać — inaczej niż przy testach płynami dyne, gdzie część jest kasowana. Wynaleziony przez BTG Labs Surface Analyst™ zaprojektowano, by oddać precyzyjną technologię pomiaru powierzchni w ręce techników hali produkcyjnej, tam gdzie stan powierzchni jest krytycznie ważny: klejenie, malowanie, powlekanie, drukowanie i odkażanie.

Wykorzystując opatentowaną technikę „depozycji balistycznej", urządzenie osadza wysoko oczyszczoną kroplę wody na powierzchni podłoża. Znając objętość i pole kropli, urządzenie oblicza kąt zwilżania wody na danej powierzchni. Natychmiast zwraca użytkownikowi wynik liczbowy lub alert Pass/Fail. Dane inspekcyjne pozwalają ocenić, czy podłoże zostało właściwie przygotowane do procesów adhezyjnych — w zastępstwie niszczących płynów dyne. Urządzenie ręczne działa w dowolnej orientacji, na powierzchniach gładkich i teksturowanych, np. groszkowanych TPO. Dane można wykorzystywać do ciągłego doskonalenia procesu, wykrywania dryfów jakości zwiastujących problemy lub wskazania krytycznej przyczyny awarii wyrobów.

BTG Labs Surface Analyst. Zdjęcia dzięki uprzejmości BTG LABS (513.469.1800).

Wady płynów testowych dyne

W wielu zastosowaniach wystarczy badać statyczny równowagowy kąt zwilżania płynami dyne zgodnie z udokumentowaną procedurą testową. Zestawy aplikacyjne, czyli „pisaki/płyny dyne", dają użyteczne informacje, ale nie są precyzyjnym pomiarem napięcia powierzchniowego. Wyniki mogą znacznie się różnić zależnie od osoby (techniki) i interpretacji zachowania cieczy „w środku". Pisaki/płyny dyne są znane jako kierunkowe wskaźniki istotnych różnic napięcia powierzchniowego, zdolne rozróżnić „dobre" i „złe" powierzchnie klejowalne przy ekonomicznej cenie. Butelkowane płyny dyne bywają lepsze od pisaków ze względu na problemy zanieczyszczenia przy wielokrotnym użyciu.

Mechanizmy uszkodzeń połączeń klejowych

Optymalna konstrukcja złącza jest krytyczna w każdej aplikacji klejenia. Złącza klejone mogą podlegać siłom rozciągającym, ściskającym, ścinającym, odrywającym lub rozłupującym, często w kombinacji. Wyróżnia się zasadniczo trzy typy mechanizmów uszkodzenia spoiny:

• Uszkodzenie adhezyjne — na granicy między klejem a jednym z klejonych elementów
• Uszkodzenie kohezyjne — pęknięcie warstwy kleju z pozostawieniem śladów na obu powierzchniach
• Uszkodzenie mieszane — łączy cechy uszkodzenia adhezyjnego i kohezyjnego

Uszkodzenia adhezyjne występują na granicy między klejem a klejonym elementem (podłożem). Wizualnie resztki kleju pozostają w dowolnym miejscu tylko na jednej powierzchni. Uszkodzenia adhezyjne w eksploatacji niemal zawsze mają źródło w procesie produkcji: materiały, kleje, przygotowanie powierzchni, zanieczyszczenia, procedury/wykonawstwo, środowisko, badania kontroli jakości i ich kombinacje. Pozostałą przyczyną jest degradacja międzyfazowa jako funkcja czasu eksploatacji. Ten ostatni problem można wyeliminować na etapie projektowania/kwalifikacji wyrobu.

Uszkodzenia kohezyjne skutkują pęknięciem kleju i cechują się widoczną obecnością materiału klejowego na dopasowanych powierzchniach obu klejonych elementów (podłoży). Spoiny pękające kohezyjnie wykazują wysoką wytrzymałość (osiągają optymalne właściwości suchej spoiny klejowej). Powierzchnia kleju może wyglądać „szorstko" i być jaśniejsza niż klej w chwili nakładania. Zniszczenie następuje zwykle przez ścinanie, ale naprężenia odrywające lub kombinacja ścinania i odrywania też mogą wywołać uszkodzenie kohezyjne. Uszkodzenia kohezyjne w eksploatacji zwykle wynikają ze złej konstrukcji złącza, np. zbyt krótkiego zakładu, lub nadmiernych sił odrywających. Nadmierna porowatość (ekspozycja na wilgoć) oraz obecność pustek poniżej rozmiaru krytycznego również mogą prowadzić do uszkodzenia kohezyjnego.

Uszkodzenia mieszane wykazują cechy zarówno zniszczenia adhezyjnego, jak i kohezyjnego, ponieważ granica faz jest częściowo zdegradowana. W istocie ten rodzaj uszkodzenia to faza przejściowa, w której wytrzymałość połączenia klejowego jest niższa od wytrzymałości kohezyjnej.

→ Dowiedz się więcej o trybach uszkodzeń spoin klejowych

Chropowatość powierzchni

Chropowatość powierzchni to stopień nierówności powierzchni ciała stałego poniżej skali jego kształtu lub falistości, lecz powyżej nieregularności struktur sieci krystalicznej. Stopień chropowatości wpływa na zwilżalność ciała stałego. Ponieważ chropowatość idzie w parze z powiększonym polem powierzchni, wpływa na zwilżalność ciała stałego, kąt zwilżania cieczy i adhezję.

Względem tekstury powierzchni klejonej części po formowaniu: powierzchnia teksturowana zwiększa adhezję przez zakleszczenie mechaniczne, w uzupełnieniu czyszczenia rozpuszczalnikiem i obróbki plazmowej. Teksturę można uzyskać w formie lub ręcznie padem Scotch-Brite. Nawet lekko teksturowane powierzchnie, jak C-3 (kamień 320), będą korzystne. Przewodnik wykończeń SPI poniżej.

Dane: energia powierzchniowa polimerów

Dane energii powierzchniowej typowych polimerów stosowanych w klejeniu adhezyjnym. Kliknij tabelę, aby powiększyć do pełnej czytelności.

Kleje i utwardzanie z użyciem epoksydów konstrukcyjnych

Dla wielu zastosowań polimerowych idealne są dwuskładnikowe, utwardzane termicznie konstrukcyjne kleje epoksydowe. Epoksyd dwuskładnikowy to mieszanie żywicy epoksydowej z utwardzaczem lub zakup aplikatorów „duo-pak". Preferowana jest jednolita, cienka grubość spoiny (0,002–0,007 cala) dla optymalnej wytrzymałości na ścinanie i rozciąganie.

Pełne utwardzenie trwa zwykle około siedmiu (7) dni przy 75°F, ale zmienia się zależnie od aplikacji i warunków otoczenia. Utwardzanie można przyspieszyć ciepłem (120–210°F), co daje dodatkową polimeryzację i może poprawić właściwości epoksydu. Czas i temperatura wygrzewania są specyficzne dla aplikacji. Epoksydy jednoskładnikowe eliminują mieszanie, ale utwardzają się wyłącznie z dodatkiem ciepła (zwykle 250–300°F). Dla porównania czas przydatności po zmieszaniu epoksydów dwuskładnikowych jest ograniczony.

Częstym błędem jest nakładanie dodatkowego kleju dla poprawy wytrzymałości. Nadmiar kleju szkodzi i jest czołową przyczyną uszkodzeń spoin. Kleje epoksydowe mają stosunkowo wysokie współczynniki rozszerzalności cieplnej. Spoiny muszą pozostać cienkie i o jednolitej grubości (zwykle 3–5 mil dla maksymalnej wytrzymałości na ścinanie). Dostawca kleju doradzi optymalną grubość spoiny dla danej aplikacji. Wstępnie odmierzone aplikatory „duo-pak" eliminują problemy mieszania i dają dokładniejszy stosunek składników. Zapewniają też lepsze stechiometrycznie reakcje chemiczne, czyli lepszą wytrzymałość i mniejsze gazowanie.

Metody procesu klejenia adhezyjnego nylonu

Poliamid, powszechnie znany jako nylon, to polimer półkrystaliczny. Dwa najczęstsze gatunki to nylon 6 i nylon 6/6. Nylony stosuje się w tysiącach aplikacji motoryzacyjnych, lotniczych, medycznych i przemysłowych, gdzie potrzeba części odpornych na wysoką temperaturę, rozpuszczalniki i ekranowanych elektrycznie. Te cechy są znakomite dla osiągów, ale słaba zwilżalność powierzchni i wilgoć to wyzwania klejenia dla producentów.

Właściwości powierzchni

Polimery nylonowe są z natury trudne do klejenia: hydrofobowe, chemicznie obojętne, o słabej zwilżalności powierzchni (czyli niskiej energii powierzchniowej). Ponadto nylony są higroskopijne i pochłaniają z atmosfery wilgoć przekraczającą 3% masy. Wilgoć sama w sobie stwarza problemy adhezji. Szybkość absorpcji zależy od czasu, wilgotności względnej i temperatury. Dlatego ważne jest, by kleić jak najszybciej po formowaniu albo szczelnie pakować części w worki niepolietylenowe z pochłaniaczem wilgoci. Właściwa procedura suszenia żywic nylonowych jest krytyczna dla przetwórstwa i osiągów części.

Chwileczkę — na pierwszy rzut oka powyższe uwagi wydają się wzajemnie sprzeczne. Czy nylon jest hydrofobowy, czy hydrofilowy? Rozwiązanie tego pozornego paradoksu tkwi w spostrzeżeniu, że hydrofobowe zachowanie nylonu to właściwość powierzchni, a hydrofilowe — właściwość objętościowa.

Ponieważ nylon jest polimerem organicznym, ma stosunkowo niską energię powierzchniową, jak większość polimerów. To konsekwencja chemii i fizyki powierzchni polimerów i innych związków organicznych. Jednak grupy amidowe w łańcuchu nylonu przyciągają wodę i odpowiadają za hydrofilowe zachowanie tego materiału w zakresie OBJĘTOŚCIOWEJ ABSORPCJI wody. W masie nylon może więc zachowywać się hydrofilowo, ale na powierzchni wykazywać zachowanie hydrofobowe.

Czyszczenie i obróbki wstępne

Przygotowanie powierzchni jest krytyczne dla wysokiej wytrzymałości spoiny. Powierzchnie muszą być czyste, wolne od brudu, smarów i olejów. Materiały niskocząsteczkowe (LMWM), jak silikony, środki rozdzielające i przeciwpoślizgowe, hamują klejenie. Do właściwego czyszczenia powierzchni nylonu i usuwania LMWM stosuj toluen, ksylen, aceton lub MEK (zgodnie z polityką rozpuszczalnikową firmy i prawem stanowym). Alkohol to słaby rozpuszczalnik — usuwa tylko powierzchowny brud, ale nie zanieczyszczenia węglowodorowe. Zawsze wymagana jest właściwa technika, w tym ściereczki niepylące i bezpudrowe rękawice ochronne. Nadmiar rozpuszczalnika tworzy słabe warstwy graniczne nieusuniętych chemikaliów, zostawiając nalot hamujący klejenie.

Aplikacje klejenia nylonu często wymagają obróbki plazmowej bezpośrednio po czyszczeniu rozpuszczalnikiem. Gazowe utleniające obróbki powierzchni nylonu obejmują: elektryczne wyładowanie koronowe, elektryczną plazmę atmosferyczną, elektryczną plazmę powietrzną, plazmę płomieniową i niskociśnieniowy zimny gaz RF. Procesy te cechuje zdolność generowania „plazmy gazowej", skrajnie reaktywnego gazu z wolnych elektronów, jonów dodatnich i innych cząstek. Zachodzi też chemiczna funkcjonalizacja powierzchni. W fizyce mechanizmy wytwarzania tych plazm są różne, ale ich wpływ na zwilżalność podobny. Każda metoda jest specyficzna dla aplikacji i ma zalety lub ograniczenia. Na przykład obróbki elektryczne nie usuwają wszystkich wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, więc może być konieczne dalsze czyszczenie rozpuszczalnikiem. Obróbka zimnym gazem RF usuwa węglowodory, więc wstępne czyszczenie nie jest konieczne.

Z reguły akceptowalną adhezję uzyskuje się, gdy energia powierzchniowa podłoża jest o około 10 dyn/cm wyższa od napięcia powierzchniowego cieczy lub kleju. Energia powierzchniowa niepoddanego obróbce nylonu wynosi około 40 dyn/cm. Docelowa energia po obróbce powinna więc mieścić się w zakresie 50–54 dyn. Wtedy ciecz „zwilża" powierzchnię, czyli do niej przylega. Powszechną metodą pomiaru „zwilżania" energii powierzchniowej są kalibrowane płyny dyne zgodnie z metodą badawczą ASTM D2578.

Problemy adhezji od środków rozdzielających i plastyfikatorów

Dostępne są niektóre środki rozdzielające nadające się do malowania, ale wiele innych pogarsza przyczepność farby. Usunięcie tych środków, ułatwiających oddzielanie części z tworzyw od form, może wymagać różnych technik. Woskowe środki rozdzielające czasem daje się usunąć rozpuszczalnikiem, ale ten typ nie jest zalecany dla części przeznaczonych do malowania. Użycie rozpuszczalników jest niemal automatycznie odradzane przez ograniczenia emisji VOC oraz zagrożenia pożarowe i zdrowotne wielu z nich. Zdecydowanie preferowane są środki rozdzielające rozpuszczalne w wodzie — łatwo je usunąć z powierzchni tworzywa zwykłymi wodnymi roztworami detergentów.

Środki rozdzielające bywają też wmieszane w formulacje tworzyw; nazywa się je wewnętrznymi. Wewnętrznych środków rozdzielających należy unikać, kiedy tylko można. Podatność na malowanie może nie ucierpieć od razu, a testy adhezji QA mogą wykazywać znakomitą początkową przyczepność. W niektórych przypadkach jednak wewnętrzne środki rozdzielające powoli migrowały na powierzchnię części i powodowały utratę przyczepności farby wiele miesięcy po malowaniu. Plastyfikatory dodaje się do żywic, by zwiększyć udarność, ale często obniżają przyczepność farby tak samo jak środki rozdzielające. Niektóre plastyfikatory powoli migrują na powierzchnię i zmiękczają granicę między tworzywem a farbą, powodując utratę adhezji. Także tutaj początkowe testy przyczepności mogą wypaść całkowicie zadowalająco, a późniejsze unoszenie lub oddzielanie powłoki farby następuje potem. Może to skutkować kosztownymi awariami w terenie i roszczeniami długo po wdrożeniu części do eksploatacji.

Techniki pomiaru przyczepności i odporności na ścieranie

Przyczepność i odporność na ścieranie utwardzonych powłok i farb to dwie krytyczne właściwości użytkowe; ich pomiar i kontrola są niezbędne dla solidnej produkcji. To odrębne właściwości fizyczne, często mylnie diagnozowane w analizie przyczyn awarii. Słaba przyczepność i odporność na ścieranie to główne przyczyny awarii w terenie, braków i poprawek, niższych zysków i niezadowolenia klientów. Istnieją techniki pomiaru tych właściwości.

Przyczepność a ścieranie

Optymalną adhezję i trwałość ścierną (odporność) utwardzonych powłok i farb na podłożach z tworzyw trzeba osiągnąć w produkcji, by wytwarzać wysokiej jakości wyroby wytrzymujące cały okres eksploatacji. Właściwości te bywają współzależne, ale często się wykluczają: utwardzone powłoki i farby mogą wykazywać dobrą adhezję i słabą odporność na ścieranie albo słabą adhezję i dobrą odporność. Właściwe badania i zrozumienie adhezji oraz ścierania zapewniają zgodność ze specyfikacjami i są bezcenne w rozwiązywaniu problemów powlekania i druku. Identyfikacja mechanizmu uszkodzenia — adhezja (kohezja), ścieranie lub oba — wyznacza inżynierskie rozwiązanie procesowe. Istnieją historyczne metody badawcze i nowa aparatura do pomiaru i analizy tych właściwości.

Metody badania przyczepności

ASTM D 3359, standardowa metoda pomiaru przyczepności testem taśmowym, to historycznie chyba najbardziej znana i najszerzej stosowana metoda badania adhezji powłok i farb — dzięki prostocie i niskim kosztom. Podstawowa procedura testu taśmowego obejmuje:

• Uzgodnienie wyboru taśmy
• Powłoki i farby muszą być przed badaniem całkowicie utwardzone.
• Wykonać nacięcia X w filmie wg metody A albo siatkę sześciu lub jedenastu nacięć w każdym kierunku wg metody B.
• Odwinąć i wyrzucić dwa zwoje taśmy z rolki.
• Wygładzić taśmę palcem, a następnie mocno przetrzeć gumką na końcu ołówka lub podobnym narzędziem. Kolor pod taśmą dobrze wskazuje pełny kontakt.
• W ciągu 60–120 sekund od naklejenia usunąć taśmę, ciągnąc wolny koniec szybko (nie szarpać) do tyłu po sobie, możliwie pod kątem 180 stopni.
• Obejrzeć nacięty obszar pod kątem oderwania powłoki od podłoża i ocenić przyczepność względem ustalonych opisów i klasyfikacji ilustracyjnych (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

Indywidualne rozwiązania inżynierskie w akcji

Technologie SABREEN napędzają wiele najbardziej rozpoznawalnych dziś produktów — od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i farmaceutyków po podwodne kamery sportowe i wojskowe systemy obronne.

Wykorzystaj doświadczenie SABREEN w swojej firmie

Grupa SABREEN jest szeroko uznawana na świecie jako eksperci produkcji procesowej tworzyw sztucznych. Opracowujemy i wdrażamy solidne rozwiązania procesowe dla wszystkich typów zastosowań, łącznie z ekstremalną niezawodnością środowiskową. Od krytycznych, bezusterkowych systemów wyrzucania owiewek myśliwców po drony, elektronikę i konstrukcje podwodne. SABREEN, z ponad 40-letnim praktycznym doświadczeniem i dorobkiem ponad 150 publikacji technicznych, oferuje indywidualnie projektowane rozwiązania procesów klejenia adhezyjnego. Pracując w Twoim zakładzie, przywozimy sprzęt do obróbki plazmowej i analizy powierzchni, by zademonstrować rozwiązania adhezji na Twojej linii produkcyjnej.

Powierz nam najtrudniejsze wyzwania adhezji

Zadzwoń już dziś, aby bezpłatnie omówić swoją aplikację i rozwiązania SABREEN.

Bezpłatna wycena

---