W jaki sposób przeprowadzić test wytrzymałości taśmy w zależności od energii powierzchniowej materiału?
Test wytrzymałości taśmy w zależności od energii powierzchniowej materiału – czyli jaki sposób zweryfikować czy wstępnie zaproponowana technologia klejenia spełnia założenia?
Na czym polega kąt zwilżania i w jakiś sposób za jego pomocą określamy energię powierzchniową.
Najistotniejszym elementem w procesie wyboru produktu dla klienta jest sprawdzenie z jaką powierzchnią będziemy pracować oraz czy dobrana taśma montażowa sprosta oczekiwaniom zamawiającego. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów i kontrolując niezmienną wysoką jakość oferowanych przez nas produktów, w Inducomp stosujemy różne tesy w stosunku do naszych taśm.
Powierzchnie elementów, które będą klejone sprawdza się w celu określenia tzw. Swobodnej Energii Powierzchniowej. Określa to zdolności adhezyjne danego materiału. Istnieją różne metody określania energii powierzchniowej. Jedną z nich jest laboratoryjne wyznaczenie tzw. kąta zwilżania (ang. contact angle).
Rysunek 1. Zależność między energią powierzchniową, a kątem zwilżania. Im mniejszy kąt zwilżania tym większa energia powierzchniowa materiału.
Źródło: https://www.ossila.com/pages/a-guide-to-surface-energy
Test ten polega na aplikacji kropli cieczy (np. woda lub jodek metylenowy) na próbkę materiału, która ma być klejona, a następnie za pomocą specjalistycznej aparatury pomiarowej (tzw. goniometr) obliczane są geometryczne własności kropli cieczy. Parametrem potrzebnym do wyznaczenia swobodnej energii powierzchniowej jest kąt zwilżania, czyli kąt utworzony przez powierzchnię płaską materiału oraz płaszczyznę styczną do powierzchni cieczy graniczącej z ciałem stałym. Wartość tego kąta określa wprost właściwości adhezyjne testowanej powierzchni. Im mniejszy jest kąt zwilżania (czyli im bardziej płaska jest kropla cieczy testowej) tym lepsze właściwości adhezyjne posiada dany materiał (tym wyższa energia powierzchniowa tego materiału). Tak na przykład, materiałami o wysokiej energii powierzchniowej (ang. High Surface Energy) jest szkło, aluminium czy stal. Materiałami o średniej energii powierzchniowej (ang. Medium Surface Energy) jest poliwęglan czy PVC. Niską energię powierzchniową (ang. Low Surface Energy) mają elementy malowane proszkowe (w tym aluminiowe i stalowe), polietylen, materiały silikonowe lub silikonowane czy teflon.
Rysunek 2. Goniometr optyczny do wyznaczania kątów zwilżania i napięcia powierzchniowego.
Źródło:http://www.klimatest.eu/katalog/Rame-Hart/_p/Model_590_-_goniometr_i_tensjometr_-_miernik_kata_zwilzania_i_napiecia_powierzchniowego
Tusze referencyjne jako inny sposób do określania energii powierzchniowej.
Drugą metodą sprawdzania powierzchni pod kątem jej adhezyjności są tzw. tusze referencyjne, które posiadają konkretną wartość energii powierzchniowej. Przykładowo jeśli tusz o wartości 40 dyn/cm kurczy się tworząc na testowanej powierzchni krople to znaczy, że energia powierzchniowa materiału jest niższa niż 40 dyn/cm. Jeśli tusz przylega stabilnie i nie tworzą się krople oznacza to, że materiał ma wyższą energię powierzchniową niż 40 dyn/cm.
Maszyna zrywająca jako ekspert w testowaniu sił połączenia.
Kolejnym testem, za pomocą którego możemy sprawdzić łączenia materiałów za pomocą taśm samoprzylepnych jest określenie konkretnych sił połączenia jakie zapewnia dana taśma. Wykorzystuje się do tego specjalne maszyny zrywające, które odrywają taśmę od testowanej powierzchni, wyznaczając przy tym siły potrzebne do zniszczenia tego połączenia. Najczęściej wykonywane testy w przypadku taśm ze spienionego akrylu to zrywanie taśmy pod kątem 90 lub 180 stopni, ścinanie statyczne, ścinanie dynamiczne czy rozciąganie. Szczegóły wykonywania testów (wielkość próbek, przygotowanie i rodzaj powierzchni, siła docisku taśmy, prędkość zrywania) opisują normy takie jak ASTM D3330, ASTM 3654, ASTM 1002 oraz ASTM 897.
Firma Inducomp najczęściej wykonuje test zrywający taśmę pod kątem 90 lub 180 stopni, a także ścinanie dynamiczne. Test zrywania dwustronnych taśm montażowych pod kątem 90 stopni polega na przyklejeniu kilku próbek taśmy najczęściej o szerokości 10mm na badany materiał, który zostaje oczyszczony (opcjonalnie zostaje użyty tzw. primer, czyli podkład zwiększający przyczepność). Na drugą stronę taśmy przyklejana jest specjalna folia aluminiowa lub poliestrowa, której wolna końcówka montowana jest w zaciski miernika siły umieszczonego na ruchomym maszcie maszyny zrywającej. Próbka materiału mocowana zostaje do ruchomego wózka, który podczas próby zrywającej przemieszcza się w kierunku prostopadłym do miernika siły, co gwarantuje zachowanie stałego kąta 90 stopni. Wynikiem jest wartość siły zrywającej próbkę w N/cm (Newtony na centymetr). Każdy pomiar jest rejestrowany przez dołączone oprogramowanie co pozwala na generowanie raportów i analizę wyników.
Test ścinania dynamicznego jest następujący: taśma o odpowiedniej powierzchni (najczęściej 1 cal kwadratowy) jest sklejana z dwóch stron folią aluminiową lub poliestrową. Wolne końcówki folii są montowane w zacisku maszyny zrywającej (z jednej strony do miernika siły z drugiej strony do korpusu maszyny). Ruch czujnika siły z zaciskiem powoduje ścięcie taśmy, a siła potrzebna do tego ścięcia jest rejestrowana przez miernik i oprogramowanie.
Ścinanie statyczne polega na obciążeniu testowanej powierzchni taśmy (np. 0,5 cala kwadratowego) stałym ciężarem np. 1 kg i rejestracji czasu potrzebnego do zerwania próbki.
Test na rozrywanie polega na sklejeniu dwóch elementów metalowych o kształcie teowym za pomocą testowanej taśmy o określonej powierzchni (1 cal kwadratowy). Środniki teowników mocowane są w zaciskach maszyny i miernika siły. Między nimi przyklejana jest testowana taśma. Wynikiem tego testu jest maksymalna siła potrzebna do rozerwania próbki.
Przeprowadzanie testów wytrzymałościowych taśm pozwala na dokładne sprawdzenie czy wstępnie zaproponowana technologia klejenia spełni założenia. Gwarantuje pewność odpowiedniej jakości oraz pozwala zoptymalizować koszty.