Samenstelling:
Lijmen en kitten zijn complexe formuleringen die worden gebruikt om substraten te binden of voegen of openingen af te dichten. Ze komen in verschillende vormen voor, maar zijn gewoonlijk dispersies die polymere materialen of hardingsmiddelen, oppervlakteactieve stoffen en oplosmiddelen bevatten. Lijmen kunnen reactief of niet-reactief zijn. Voor reactieve lijmen kan adhesie worden geïnduceerd door twee of meer reactieve componenten samen te mengen, zoals een epoxyhars en verharder, of kan worden geïnduceerd door externe stimuli zoals UV-straling, warmte of vocht. Voor niet-reactieve lijmen wordt adhesie geïnduceerd door fysieke stimuli zoals bijvoorbeeld druk of verdamping van oplosmiddelen. In het geval van een afdichtmiddel is de primaire functie het afdichten van verbindingen of openingen en voorkomen dat vocht, oplosmiddelen of gassen binnendringen of ontsnappen uit een systeem of component, hoewel veel afdichtmiddelen meerdere functies kunnen hebben.
De meeste lijmen en afdichtingsmiddelen zijn samengesteld uit polymere materialen of bevatten monomeren of oligomeren die na reactie een verknoopt polymeer netwerk vormen. Bijgevolg zijn het molecuulgewicht en de moleculaire structuur van deze componenten kritisch voor materiaaleigenschappen zowel voor als na adhesie. Veel lijm- en afdichtingsformuleringen zijn tweefasensystemen, waaronder emulsies die gedispergeerd polymeer bevatten, of gedispergeerde vaste stoffen in het geval van breeuwen. In beide gevallen kunnen de deeltjesgrootte en druppelgrootte van cruciaal belang zijn voor de productprestaties.
Iedereen die van plan is om lijmen en kitten te gebruiken, staat voor de formidabele uitdaging van juiste materiaalkeuze en het bepalen van de juiste processen. De lijm of het afdichtmiddel moet op het substraatoppervlak stromen en vervolgens van een vloeibare vloeistof in een structurele vaste stof veranderen zonder schadelijke interne spanningen in de verbinding te veroorzaken. Veel van de problemen met lijm of afdichting die zich ontwikkelen zijn niet te wijten aan een slechte materiaalkeuze of voegontwerp, maar houden rechtstreeks verband met defecte productietechnieken die meestal geen geschikte procescontrole hebben.
Waarom is viscositeitsmeting belangrijk bij het bereiden van de formuleringen?
Bij het opzetten van een productieproces zijn er veel soorten lijm en kitten. Zorgvuldige overweging van viscositeit helpt bij het kiezen van het juiste materiaal voor zowel het ontwerp van het product als het productieproces dat nodig is om het te bouwen.
Moderne lijmen zijn vaak een complexe samenstelling van componenten die speciale functies vervullen. De formulering van grondstoffen tot bruikbare lijm- en afdichtingssystemen is zelf een breed technologisch gebied. Lijmen en afdichtingsmiddelen kunnen in verschillende vormen worden geproduceerd: één- en tweedelige vloeistoffen, oplossingen op basis van oplosmiddelen, op water gebaseerde emulsie, ondersteunde of niet-ondersteunde film, voorgevormde pellets of gevormde extrusies, en talloze andere vormen. Deze verscheidenheid aan formuleringsmogelijkheden en eindgebruiksvormen zijn indicatief voor de geavanceerde ontwikkeling van kleefstoffen en afdichtingsmiddelen.
Viscositeit (en reologie) is een van de belangrijkste parameters bij de productie en verwerking van kleefstoffen. Verder inkomend materiaal moet vóór gebruik op viscositeit worden getest (bijv. In een doseersysteem). Verschillende oplosmiddelen, oplosbare middelen, harsachtige poeders of inerte vulstoffen kunnen worden gebruikt om de viscositeit van de kleefstof te regelen. De viscositeit van lijmsystemen moet mogelijk worden verhoogd of verlaagd, afhankelijk van de toepassing en de operationele omgeving.
- Viscositeitsregeling is een methode die gewoonlijk wordt gebruikt om een consistente product- en verbindingslijndikte te behouden. Verdikkingsmiddelen en thixotrope middelen worden gebruikt om een redelijke dikte van de lijmlijn te behouden door aanpassing van de viscositeit.
- Stroomkarakteristieken kunnen worden gereguleerd door de opname van vullers, door het gebruik van scrims of geweven tapes als '' interne shims '' in de lijm zelf, of door de zorgvuldige regeling van de uithardingscyclus. Vulstoffen worden opgenomen om de viscositeit van de kleefstoffen en andere eigenschappen te regelen.
- Luchtinsluiting kan een bron van storingen zijn, vooral in kleine toepassingen. Het verwijderen van lucht uit een systeem, voorafgaand aan het aanbrengen, kan een noodzakelijke verwerkingsstap zijn. Luchtspleten kunnen voorkomen dat de lijm volledig op het substraatoppervlak aansluit, wat kan leiden tot verminderde sterkte. verdunningsmiddelen verlaag de viscositeit en verkort de tijd die de kleefstoffen nodig hebben om het substraat effectief te bevochtigen. De verminderde viscositeit helpt ook bij het verwijderen van ingesloten lucht en helpt de capillaire werking van het kleefmiddel bij het vullen van poriën en holtes die zich op het substraatoppervlak kunnen bevinden. De toevoeging van verdunningsmiddelen, in het bijzonder niet-gereageerde vloeibare harsen, resulteert gewoonlijk in een verlaagde verknopingsdichtheid die op zijn beurt kan resulteren in een verminderde sterkte bij hoge temperatuur en een lagere omgevingsweerstand.
- Mengverhouding voor veel tweedelige materialen kan een groot probleem zijn. Sommige systemen zijn erg gevoelig voor kleine veranderingen in de mixverhouding. Veel materialen zijn stoichiometrisch uitgebalanceerd en een off-ratio mix kan ervoor zorgen dat het materiaal onregelmatig uithardt en / of niet optimaal presteert. Sommige materialen die niet zo gevoelig zijn voor de mengverhouding kunnen enigszins verschillende eigenschappen vertonen wanneer de verhouding wordt gevarieerd. Materialen die uitharden met een off-ratio mix kunnen een iets andere afgewerkte hardheid en treksterkte hebben, waardoor de uiteindelijke prestaties worden beïnvloed. Een alternatieve oplossing om te voldoen aan strenge eisen met betrekking tot de mengverhouding zou kunnen zijn om de viscositeit continu te bewaken gedurende het mengproces en hoeveelheden van verschillende componenten / materialen te regelen afhankelijk van de gewenste stromingseigenschappen.
- Het mengen van tweedelige kleefstoffen is een basisprocesfunctie, maar is essentieel om deze kleefstoffen goed te laten werken. Onvoldoende mix kan resulteren in een gedeeltelijke chemische reactie die leidt tot gedeeltelijke uitharding. Een onvoldoende uitgehard materiaal zal hoogstwaarschijnlijk resulteren in slechte hechtsterkte en lagere fysische eigenschappen. Ook kan het mengen van de originele container erg belangrijk zijn. Vulstoffen of andere bestanddelen kunnen bezinken. Zorgen voor een homogeen mengsel van elke component voorafgaand aan het mengen (voor twee delen) is van vitaal belang om maximale eigenschappen te bereiken. Viscositeitsmetingen op meerdere punten in het mengsel kunnen helpen bij het monitoren en reguleren van de homogeniteit tot het gewenste niveau voor de toepassing.
Langzame en kritische verwerkingseisen van sommige kleefstoffen kunnen een groot nadeel zijn, met name bij grootschalige productiehandelingen. Als de lijm meerdere componenten heeft, moeten de onderdelen zorgvuldig worden gewogen en gemengd. Het instellen vereist vaak warmte en druk. Lange ingestelde tijd maakt jigs en armaturen nodig voor de montage. Stijve procesbesturing is ook noodzakelijk, omdat de lijmeigenschappen afhankelijk zijn van uithardingsparameters en oppervlaktevoorbereidingen. De inspectie van voltooide verbindingen voor kwaliteitscontrole is erg moeilijk. Dit vereist ook strikte controle over het gehele verlijmingsproces om een uniforme kwaliteit te waarborgen. Niet-destructieve testtechnieken kunnen de sterkte van de gewrichten niet kwantitatief voorspellen.
Viscositeitsmetingen bij testen
Testen is om verschillende redenen een uiterst kritische functie in de lijm- en afdichtingsindustrie. Men kan de eigenschappen van de voeg niet op betrouwbare wijze voorspellen, uitsluitend op basis van parameters van de lijm, het substraat en het voegontwerp. Lijmviscositeit is een indicatie van hoe gemakkelijk het product op een oppervlak kan worden gepompt of verspreid. Het onthult informatie, samen met de hardingssnelheid van de vloeistof en de oppervlaktespanning, die relevant is voor de bevochtigingseigenschappen van de lijm en informatie met betrekking tot de leeftijd en samenstelling van de lijm. Viscositeitsmetingen voor vrijvloeiende lijmen of kitten zijn meestal gebaseerd op een van de volgende methoden beschreven in ASTM D 1084. Lijm- en kittentests worden om verschillende redenen uitgevoerd. Ze worden gebruikt om:
- Kies uit materialen of processen, zoals lijm, hechting of voegontwerp;
- Controleer de kwaliteit van productiematerialen om er zeker van te zijn dat ze niet zijn veranderd sinds de laatste keer dat ze zijn geverifieerd voor gebruik in het lijmproces;
- Bevestig de effectiviteit van een hechtproces, zoals oppervlaktereiniging of uitharding; of
- Onderzoek parameters of procesvariabelen die kunnen leiden tot gemeten verschillen in de prestaties van de obligatie
Er zijn twee algemene categorieën tests voor lijmen en kitten: fundamentele eigenschapstests en eindgebruikstests. Fundamentele eigenschapstests, zoals viscositeitstesten, worden meestal gebruikt om de consistentie van de binnenkomende lijm of het substraat te beoordelen zodra het verbindingssysteem is geverifieerd als geschikt in een specifieke toepassing. Vaak worden fundamentele eigenschapstests uitgevoerd nadat er een mislukking of een onverklaarbare gebeurtenis is opgetreden om te bepalen of een verandering in het binnenkomende materiaal mogelijk de boosdoener is geweest. De American Society for Testing and Materials (ASTM) en andere professionele organisaties zoals het Amerikaanse ministerie van Defensie en de Society of Automotive Engineers hebben een aantal standaardtests voor lijmen en kitten gespecificeerd.
Kwaliteitscontrole van de binnenkomende materialen: Het kan ook nodig zijn om het binnenkomende bulkproduct intern te testen op fundamentele eigenschappen. Deze inspecties bestaan meestal uit een evaluatie van fysische en chemische eigenschappen zoals: kleur, viscositeit, percentage vaste stoffen, gewicht per gallon, houdbaarheid, open tijd en flow. Een extreem hoog percentage defecten kan worden teruggevoerd op slecht vakmanschap of gebrek aan begrip met betrekking tot de hechting. Specificaties zijn een noodzakelijk onderdeel van een kwaliteitscontroleprogramma. Een specificatie is gewoon een verklaring van de eisen waaraan de lijm, het afdichtmiddel of het proces moet voldoen om voor gebruik te worden geaccepteerd.
Lijmen kunnen uit één component bestaan, maar ze bestaan vaak uit twee componenten, de hars en de verharder. Alle componenten afzonderlijk en het gemengde product moeten op viscositeit worden getest. Enkele van de standaardtests voor het karakteriseren van fundamentele materiaaleigenschappen voor lijmen en kitten zijn als volgt:
- ASTM D1084 Viscositeit van lijmen
- ASTM D2556 Schijnbare viscositeit van lijm met afschuifsnelheidafhankelijke stromingseigenschappen
- ASTM D3236 Viscositeit van smeltlijm en coatingmaterialen
Viscositeitsbeheer in afleversystemen
Bij gebruik voor zowel automobiel- als algemene fabricagedoeleinden, worden deze nieuwe industriële lijmen aangebracht met behulp van een breed scala aan lijmsystemen. Deze variëren van volledig gerobotiseerde aanbrengsystemen - die snel een nauwkeurig, consistent afgemeten lijmspoor op een werkstuk aanbrengen, zoals een onbewerkt carrosseriepaneel of voorruit - tot aanbrengsystemen op basis van een pistool die door fabrieksmedewerkers worden gebruikt om handmatig kleefstoffen op panelen en onderdelen aan te brengen. tijdens de assemblage van de productielijn. Om een meer consistente stroom en materiaalparel tijdens het aanbrengen te bereiken, kunnen vloeistofviscositeitsregelaars stroomafwaarts van de pomp worden toegevoegd.
Reologie en viscositeit zijn enkele van de belangrijkste kenmerken die samenhangen met kitten en lijmen die vloeistofachtige eigenschappen moeten hebben (ze moeten vloeien) om te worden aangebracht, maar ook voldoende 'tack' moeten hebben om aan substraten te hechten of aan elkaar te binden - gedrag dat wordt beïnvloed door visco-elastische eigenschappen. Eenmaal aangebracht, zijn de meeste materialen ontworpen om een vloeistof-vaste stof overgang te ondergaan om een robuuste afdichting of hechting te vormen. Bij laagviskeuze lijmen is de viscositeit belangrijk om door de lijmvlakken heen te dringen en in de lijmspleet te vloeien. Voor hoogviskeuze lijmen is de juiste viscositeit vereist om grotere spleten te overbruggen en te voorkomen dat deze in kleine spleten en poriën op het oppervlak stroomt.
Viscositeit is een meting van de stromingseigenschappen en de regeling ervan is een van de belangrijkste bewerkingen van de stappen voor het afgeven van kleefstoffen en afdichtmiddelen. Belangrijke punten over hoe kritisch de viscositeit van slurry is:
- Door meting van viscositeit kunnen veranderingen in dichtheid, stabiliteit, oplosmiddelgehalte en molecuulgewicht worden opgemerkt. Viscositeit is een effectieve indicator van de deeltjesgrootteverdeling. Veranderingen in de deeltjesgrootteverdeling kunnen eigenschappen zoals dichtheid, reologie en laagdikte beïnvloeden. Eigenschappen die kunnen worden beïnvloed, zijn chemische weerstand, thermische eigenschappen, schokbestendigheid, krimp, flexibiliteit, bruikbaarheid en sterkteContinue viscositeitsbewaking en het doorvoeren van de nodige aanpassingen aan de formulering zijn essentieel om de juiste eigenschappen van de lijmen en kitten te verkrijgen voor de betreffende toepassingen.
- Continue viscositeitsbewaking en -controle zijn essentieel om problemen bij de levering te detecteren en te voorkomen die worden veroorzaakt door omgevingsfactoren. Voorbeelden hiervan zijn temperatuur, vochtigheidsgraad, koolstofdioxide, pH en zuurstof, en andere chemicaliën die een nadelig effect kunnen hebben op de lijm en kit.
Om een uniform aanbrengproces te hebben en om geen materialen te verspillen en het energieverbruik te optimaliseren, is het zeer wenselijk dat de viscositeit automatisch wordt geregeld tot een nagenoeg constante waarde. Realtime, in-line viscositeitsbewaking en -regeling is essentieel voor prestaties verbeteren en kosten verlagen in bijna elk formulerings- en afleverproces van lijmen en kitten. Procesoperators realiseren zich de behoefte aan een viscometer die de viscositeit en temperatuur bewaakt en kunnen temperatuurgecompenseerde viscositeit als de belangrijkste procesvariabele gebruiken om consistentie te waarborgen en storingen te verminderen.