Лако-красочные материалы — производство

Липкость представляет собой мгновенное смачивание субстрата при приложении незначительного давления или вообще без приложения давления, обеспечивающее быстрое достижение умеренной прочности. Так как липкость требует, чтобы клей вел себя как жидкость, можно предположить, что в том случае, когда клей стано­вится слишком жестким (обладает слишком высоким модулем упругости), у него отсутствует липкость. Этот момент был подробно исследован для модифицирован­ных смолой каучуковых клеен. Результаты этих исследований являются основой для данного анализа.

Изменение исследуемой липкости при варьировании температуры является од­ним из ключевых моментов для понимания того, какое из свойств материалов при­водит к появлению липкости. Приведенный выше анализ показывает, что большое значение имеет временная шкала испытания на липкость. Па рис. 9.11 показаны ре­зультаты измерения липкости образца в зависимости от температуры испытания, когда измерения проводят при скорости отслаивания в несколько сантиметров в се­кунду и продолжительности контакта порядка одной секунды. Существует несколь­ко важных особенностей кривой, представленной на рис. 9.11. Во-первых, липкость образна быстро уменьшается до нуля, когда температура падает до уровня незначи­тельно ниже комнатной. Во-вторых, липкость достигает максимального значения вблизи комнатной температуры (зто определяется рецептурой клея). В-третьих, липкость медленно уменьшается при увеличении температуры.

Рассмотрим модуль упругости (пунктирная линия) клея в зависимости от тем­пературы. используя скорость приложения напряжения, аналогичную скорости ис­пытания образца на липкость, результаты которого приведены на рис. 9.11. Модуль упругости этого наполненного смолой каучукового клея довольно резко падает в зависимости от температуры. Действительно, когда температура находится вбли­зи комнатной (точка, при которой липкость образца возрастает до максимального значения), модуль упругости становится равным менее чем 3 х 10е Н/м*. (На рис. 9.11. который приведен только в качестве демонстрационной диаграммы, отсут­ствуют другие единицы, кроме температуры.) Действительно, установлено, что мо­дулі. упругости при комнатной температуре любого липкого клея составляет менее 3 х 10 ’ Н/мг при измерении на частоте около 1 Ги. Этот показатель является крите­рием липкости и он получил название «критерий липкости Далквиста» (но имени ученого, который изучил это явление) [6).

11а рис. 9.10 показано, что способ повышения липкости в клеях типа PSA заклю­чается в добавлении вещества, повышающего липкость, к эластомеру. При увеличе-

пни концентрации смолы в эластомере изменяются различные свойства, описываю­щие практическую адгезию. На рис. 9.12 схематически представлена зависимость модуля упругости клея PSA на основе натурального каучука и смолы от частоты при испытании и содержания смолы. Пунктирной линией показано изменение мо­дуля упругости при изменении частоты. Кривая модуля упругости имеет плоский характер и также подчиняется критерию Далквиста. При добавлении смолы, повы­шающей липкость, величина модуля упругости уменьшается, и при частотах, по­казанных на графике, вторая кривая проходит ниже критерия липкости Далквиста. При определении стойкости рассматриваемого PSA к отслаиванию этот параметр оказывается сравнительно низким. Если перейти к другому уровню содержания по­вышающей липкость добавки, то можно установить, что в данном случае значение модуля упругости при низкой частоте становится намного меньше критерия липко­сти, а модуль упругости при высокой частоте заметно возрастает. При оценке проч­ности при расслаивании этого PSA можно видеть, что этот параметр возрастает до значительной величины. Понимание этого явления — основа для получения пред­ставления о характеристиках липкости и отслаивания.

Как показано на рис. 9.13, другой способ исследования этого явления заключа­ется в построении диаграммы температурной зависимости модуля упругости при сдвиге на частоте около 1 Гц клея PSA на основе эластомера, а также клея на основе эластомера с повышающей липкость добавкой. Эт и данные аналогичны результатам динамических механических испытаний, представленным в гл. 5. Поведение исхо­дного эластомера показано пунктирной линией. Температура стеклования, измерен­ная на частоте 1 Гц, оказывается несколько ниже комнатной температуры. Динами­ческие механические измерения модуля накопления при сдвиге клея с повышенной липкостью показаны на рис. 9.13 сплошной линией. На рисунке видно очень ни-

тсрссное явление, показывающее, что вещество, повышающее липкость, выступает в роли ант «пластификатора (другими словами, увеличивает температуру Г клея с повышенной липкостью). Однако при температуре выше ‘Г плоский участок кривой модуля упругости имеет тенденцию к снижению. Вещество, повышающее липкость, выступает в роли пластификатора. Это свидетельствует о том, что модуль накопле­ния снижается до величины, которая лежит ниже значения, определяемого крите­рием Далкписта.

Принцип температурно-временной суперпозиции утверждает, что влияние вре­мени и температуры на вязкоупругость материала носит обратно пропорциональ­ный характер. Следовательно, когда одинаковые физические свойства, которые по­казаны на рис. 9.13, определяют при более высокой частоте, можно рассчитывать получить диаграмму, представленную на рис. 9.14. Видно, что при испытании на частоте 100 Гц полный динамический механический спектр модуля накопления при сдвиге клея смещается в сторону более высоких температур. Температура стеклова­ния Т клея «• повышенной липкостью оказывается в данном случае выше комнатной температуры. Можно ожидать, что для этого клея характерна более высокая жест-

кость и поэтому он обладает некоторой механической прочностью при испытании ленты.

Приведенный выше анализ предполагает, что смола должна быть абсолютно со­вместима с исходным эластомером. Действительно, если смола нерастворима, нель­зя ожидать какого-либо изменения физико-механических свойств исходного эла­стомера. При этом можно предположить появление двух температур стеклования без изменения температуры Т основного эластомера. В системах, в которых смеши­ваются два материала с существенно различными значениями ‘I. и в том случае, ког­да эти материалы взаимно растворимы, температура стеклования твердого раствора часто может быть описана уравнением Фокса [7]:

где Ф, — массовая концентрация »-го растворимого компонента в смеси; Т, темпе­ратура стеклования 1-го растворимого компонента.

Уравнение Фокса часто может быть использовано для вычисления температуры Г твердых растворов эластомера и смолы и фактически может показать, что компо­ненты не обладают взаимной растворимостью.

Возникает вопрос, какой внд физического состояния можно предположить, если эластомер и добавка, повышающая липкость, являютс я взаимно нерастворимыми? В случае нормальных растворов полимеров могут быть получены несколько резуль­татов. Одним из вероятных результатов является простею разделение двух фаз. осо­бенно в том случае, когда мсжфазнос поверхностное натяжение между компонента­ми имеет большую величину. Когда несмешиваемость и межфазное поверхностное натяжение являются не такими большими, происходит микроскопическое разделе­ние фаз. аналогичное рассмотренному в гл. 8 применительно к эпоксидным оли­гомерам с повышенной ударной вязкостью. В данной ситуации обнаруживают по­явление двух температур стеклования Г. В особенно критической ситуации может происходить фазовое разделение смолы на микроскопические фазы и в результате

влияния поверхностного натяжения фазовое разделение в твердом слое на поверх­ности клея PSA. Так как смола является стеклообразным веществом при комнатной температуре, она не обладает липкостью, и клеи PSA не будет иметь прогнозируе­мых эксплуатационных характеристик. В связи с этим необходимо обращать особое внимание на выбор веществ, обеспечивающих повышенную ударную вязкость, ко­торые должны быть полностью растворимы в модифицируемом эластомере.

Липкость зависит не только от соотношения смолы и каучука и скорости испы­тания на липкость. Липкость также зависит от матерпата образна (или матсриата субстрата, на который наносят ленту). Общая зависимость липкости от состава субстрата почти точно соответствует зависимости, которую можно было бы про­гнозировать. если следовать принципам получения удовлетворительной адгезии, рассмотренным в гл. 6. Другими словами, для любого отдельного клея PSA степень липкости возрастаете увеличением критического натяжения смачивания твердой поверхности. Кривая липкости обычно выходит на плато, когда критическое натя­жение смачивания субстрата превышает критическое натяжение смачивания клея. Таким образом, в режиме малых скоростей, который характерен для клеев PSA. ана­логичная жидкости природа клеев PSA демонстрирует тот же характер смачивания, что и жидкости, имеющие одинаковую поверхностную энергию.