Лако-красочные материалы — производство

Основная характеристика, которая отличает клеи-расплавы от других клеящих материалов та. что их наносят из расплава, при этом прочность клея формирует­ся в |х*зультате повторного затвердевания. Важную роль играют свойства расплава, смачивание в состоянии расплава, повторное затвердевание и свойства клея после затвердевания. Динамические механические свойства двух термопластичных поли­меров представлены на рис. 10.1 Существует значительное различие между дву­мя температурно-частотными зависимостями показателей механических свойств этих материалов, так как один из них получен для частичнокристалличсского тер­мопласта, а второй — для аморфного термопласта. Для получения более легкого сравнения кривые лля двух полимеров построены так, что они имеют одинаковую температуру стеклования. На рис. 10.1 показано, что область плато на графике за­висимости модуля упругости от температуры расположена более высоко и имеет большую протяженность для частичнокристалличсского полимера но сравнению с аморфным полимером. Это происходит потому, что кристаллиты в частичнокри — сталлнческом полимере упрочняют его каучукоподобиые аморфные области. Это приводит к более высокому положению плато модуля упругости по сравнению с плато соответствующего аморфного материала. Область плато аморфного полимера может увеличиваться по высоте положения и протяженности, если полимер под­вергается сшиванию или резко возрастает его молекулярная масса (например, когда увеличивается количество переплетений цепей макромолекулы). При температуре плавления частичнокристалличсского полимера величина модуля упругости резко уменьшается, когда плавятся кристаллиты. И случае аморфного полимера он при определенной температуре приобретает текучесть. Кривые, приведенные на рис.

1*ис. 10.1. Температурно-частотная зависимость показателей механических свойств двух типоп полимеров — аморфного и частично кристаллического. Диаграмма показы пает, что интервал температур, в котором допустимые значения модуля упругости могут быть получены, как правило, является более широким для кристаллических термопластов

10.1. очень похожи на кривые, полученные для частичнокристаллического атакти­ческого полипропилена. Анализ этих температурно-частотных зависимостей пока­зателен механических свойств является целесообразным, так как они определяют область, в которой полимеры могут использоваться в качестве клеев-расплавов. На рис. 10.1 температурно-частотная зависимость показателей механических свойств разделена на две стеклообразных области плато высокой эластичности и область текучести. Б стеклообразной области материал ведет себя как стекло и обычно бы­вает хрупким. Существует возможность увеличить плотность энергии деформации стеклообразных расплавов теми же способами, которые используются применитель­но к конструкционным клеям. Полимеры в области текучести не имеют прочности. В области высокой эластичности для полимера характерна наибольшая плотность энергии деформации при разрушении. Наилучшие характеристики для любого под­вергающегося нагружению клея проявляются тогда, когда способность клея погло­щать энергию достигает максимума. Следовательно, интервал эксплуатации клея — расплава лежит между температурой плавления и температурой стеклования:

ДГ-7,-7. (10.1)

Задача разработчика рецептуры клея-расплава заключается в получении макси­мально большого значения параметра ДТ и плоского участка кривой модуля упру­гости, достаточно высоко расположенного для того, чтобы выдерживать нагрузки, на которые клей рассчитан.

Существуют существенные ограничения в возможности максимизировать значе­ние параметра ДТ. Температура Г не может быть очень высокой, так как безопас­ность оператора и мощность нагревательной системы связаны с использованием высоких температур. Температура Г фактически должна быть максимально низкой, чтобы исключить возникновение указанных проблем. Как правило, температуры плавления клссв-расплавов лежат ниже 170 ‘С. Максимальные значення эксплуата­
ционных свойств клеев-расплавов обычно находятся вблизи комнатной температу­ры. Следовательно, температура Т. расплава должна быть по крайней мере на 20 *С ниже комнатной температуры. Как и в случае рассмотрешшх н предыдущей главе эластомерных клеев, существуют различные полимерные материалы, удовлетворяю­щие этому критерию.

Другим важным качеством, определяющим возможность практического исполь­зования клея-расплава, является вязкость его расплава. Чрезмерно высокая вяз­кость расплава приводит к затруднению при нанесении клеев, что вероятно может потребовать использования специального оборудования. Вязкость расплава зависит от молекулярной массы полимера, следовательно, она нс должна быть высокой. Как показано ранее, единственным способом, при котором аморфные полимеры могут приобрести более высокое и более широкое плато высокой эластичности, являет­ся увеличение его молекулярной массы с увеличением числа переплетенных цепей макромолекулы. В случае клея-расплава такая высокая молекулярная масса, суще­ственно превышающая молекулярную массу одной переплетенной цепи, означает, что вязкость расплава оказывается слишком высокой для того, чтобы клей можно было легко нанести на поверхность. Следовательно, большинство материалов, рас­сматриваемых в качестве исходных полимеров для клеев-расплавов, но своей при­роде являются частичнекристаллическими полимерами. Аморфные материалы ред­ко находят применение в качестве клеев-расплавов.

При промышленном выпуске клеев-расплавов обычно не обращают внимание на такой показатель, как вязкость расплава полимера, как это было показано в гл. 5. В основном промышленностью используется параметр, известный как индекс теку­чести расплава (МП) или индекс расплава. MFI определяют различными методами, один из которых описан стандартом ASTM D1238. При данном методе испытании полимер или клей-расплав наг|>свают до температуры выше его температуры плав­ления в установке, в которой его подвергают воздействию давления, и затем по­лимер продавливают через капилляр заданного размера и длины. Существует оче­видная связь между этим видом испытания и практическим способом применения клеев-расплавов. Индекс текучести расплава выражают в виде массы полимера в граммах, которая может быть выдавлена из прибора при заданных условиях давле­ния. температуры и времени. Существует обратная зависимость между индексом текучести расплава и вязкостью расплава полимера.

Способность клея-расплава смачивать поверхность зависит не только от вяз­костных параметров, рассмотренных в гл. 6, но и or продолжительности нахожде­ния клея п расплавленном состоянии. Для быстро кристаллизующихся полимеров, несмотря на то что они вероятно быстро приобретают прочность после нанесения, существует проблема, связанная с достижением полного смачивания, прежде чем полимер затвердеет. Другой проблемой для клеев-расплавов является смачивание субстратов, имеющих высокую теплопроводность, например, металлов, так как теп­ло, используемое при нанесении расплава, быстро рассеивается. Клей может затвер­девать до начала смачивания поверхности. В таком соединении первой областью, принимающей участие в затвердевании клея, является граница контакта. Металли­ческие субстраты почти всегда должны подвергаться нагреванию перед нанесением клея-расплава, чтобы обеспечивать смачивание поверхности клеем.

Как показано в гл. G. смачивание представляет собой нс только явление, которое свойственно грашшс раздела, но этот параметр также зависит от вязкости материа­ла. Уравнения, приведенные в гл. G хтя временной зависимости угла смачивания, на­прямую не используются применительно к расплавам, так как эти уравнения были выведены исходя из предположения, что вязкость расплава остается постоянной. Если вязкость расплава не постоянна, то выражение для временной зависимости краевого угла смачивания записывается в следующем виде:

</cos0, у„

(it ц«)1.

где в( — величина краевого угла смачивания, зависящего от времени.

Если параметр т|(/) постоянно увеличивается, го скорость изменения краевою угла, когда он достигает равновесного значения, всегда уменьшается, показывая, что промежуток времени, необходимый для того, чтобы краевой угол достиг равно­весной) значения, постоянно возрастает. Рецептура расплава должна обеспечивать баланс между необходимостью быстрого достижения прочности с необходимостью полного смачивания.