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            粘合劑和密封劑粘度測試的幾個關鍵因素
            2020.12.23   點擊983次

            在設計粘合劑和密封劑的有意義的粘度測試時,需要考慮許多因素。

            粘合劑和密封劑行業的大多數人都意識到粘度,并意識到它是材料流動方式的特征。從技術上講,粘度是指材料的流動阻力; 它可以通過各種方式進行測量,具體取決于應用的性質。評估材料在制造過程中的加工方式或最終用戶將如何應用材料是確定應進行的粘度測試類型的基礎。

            測量填縫粘度

            想象一下填縫槍。將材料排出噴嘴所需的擠壓力是很重要的。如果填縫劑不夠粘稠,則會產生過多的粘合劑而浪費掉一些。此外,確實出現的填縫劑可能不會在基材上保持其位置。如果填縫劑太粘稠,它可能根本不會出現。在任何一種情況下,材料都被拒絕,顧客不滿意。

            制造過程中的質量控制(QC)要求建立測試方法以在問題發生之前預測這類問題。模擬槍在填縫料上的擠壓作用的方法是通過擠壓試驗。稱為紋理分析儀的儀器 - 帶擠壓單元 - 非常適合此類測試。這種類型的儀器,有時也稱為萬能測試儀,基本上對材料施加壓縮或張力。在這種情況下,儀器模擬將材料推過管并從噴嘴中推出的過程。

            在這種類型的測試期間,擠出單元填充有樣品材料。電池底部的小圓形開口代表噴嘴直徑,填縫料將通過該噴嘴直徑排出。使盤形柱塞向下與電池頂部的材料接觸。測試方法是將柱塞以限定的速度向下移動到電池中。材料從電池底部的開口排出。儀器中的負載傳感器監測柱塞向下推入材料時所經受的阻力。記錄的關鍵數據是作為時間和距離函數的力,它提供了將填縫劑擠出槍外所需的擠壓動作的完整表征。

            從技術上講,這種類型的儀器不是粘度計,但它仍然可以測量填縫劑的粘度。輸出參數是擠出填縫所需的力。這與用戶將填縫劑從槍中取出的工作量相關聯。選擇能夠正確表征材料發生情況的測試方法至關重要。由于許多粘合劑和密封劑材料是從某種類型的槍上施加的,因此紋理分析儀成為進行測試的相關工具。

            剪切率

            一個通常不被理解的關鍵概念是材料的粘度不是單點測量; 它通常取決于許多因素。以上一個填縫劑的例子為例。柱塞推入材料的速度將直接影響測量的力阻力。柱塞移動到填縫中的速度越快,測量的力就越大。因此,對填縫料的剪切作用的速率更大并且可能導致不同的粘度值。

            理解粘度的主要挑戰是認識到剪切速率在確定流動阻力方面起著關鍵作用。如前所述,有必要考慮在使用時如何處理或處理材料。為了得到測量粘度的相關測試方法,應該分析剪切作用。

            對于液體膠,使用以不同速度運行的旋轉粘度計模擬當存儲在瓶子中或施加到基底上時材料發生的情況。膠水在瓶子中晃動的剪切作用相對較低,而放置膠水的施加過程可能相當高。一旦施加膠水,剪切動作再次非常低,因為只有重力導致它更遠地擴散。對膠水如何使用的評估導致選擇合適的粘度計。

            動態粘度

            旋轉粘度計可能是最常用的粘度測量工具。當插入測試材料中時,主軸以各種不連續的速度旋轉,從而以精確的剪切速率剪切材料。粘度計測量材料在每個速度下對旋轉軸施加的扭矩阻力的量。扭矩測量量化為作用在浸入材料中的主軸表面部分上的剪切應力。將測量參數(扭矩)和控制參數(主軸速度)組合成一個等式,將動態粘度定義為剪切應力與剪切速率之比:

            動態粘度=剪切應力/剪切速率

            Centipoise(cP)是北美和南美最常用的量化旋轉粘度的測量單位; 毫帕斯卡秒(mPa.s)通常在美洲以外使用(1 cP = 1 mPa.s)。這種一對一的等效性可以在比較跨國制造工廠之間的數據時盡可能地減少潛在問題。

            蒸餾水是比較所有其他材料粘度的基準參考。美國國家標準與技術研究院(NIST)規定,當用20℃的毛細管粘度計測量時,水的粘度為1cP。

            用于剪切材料的主軸的選擇取決于其一般流動特性和粘度測試的歷史優先級。標準盤式主軸是最常用的,因為它已存在超過75年。也可以使用各種其他主軸幾何形狀,具體取決于可用樣品的數量和材料的粘度(參見圖1)?捎玫膸缀涡螤畎▓A柱,圓錐,T形桿和葉片。當剪切作用需要限定的剪切速率時,選擇同軸圓筒(圓柱形腔室中的圓柱形主軸)和錐/板。

            確定剪切率

            剪切速率的選擇通過分析材料的加工方式來確定。想象一下,這種材料夾在兩個相隔固定距離的板之間。如果底板保持靜止并且頂板以限定的速度移動,則剪切速率是移動板速度(V)與分隔板的距離(X)的

            比率:剪切速率= V / X 

            倒數秒(s -1)是剪切速率的測量單位。這種量化剪切速率的方法假設流體表現為均勻(層流)方式,如圖2中的箭頭所示。材料中的分子層保持在同一平面中并以這種方式相互滑動它們越接近移動板,每層移動得越快。

            通過應用上述等式可以容易地計算應用的相關剪切速率。當用刮刀將粘合劑放置在基底上時,基底和刮刀代表兩個板。為了在基板以50cm / sec移動的自動操作中鋪設1mm厚的粘合劑珠,剪切速率為500sec -1。這成為QC測試中應該使用的剪切速率之一。

            流動行為

            考慮到關于相關剪切速率的上述概念,可以更清楚地看到對于給定材料,粘度可能不是單個數。我們的想法是用不同轉速(即不同剪切速率)的粘度計測試材料,并觀察測量的粘度值。

            最常見的流動行為稱為假塑性(或剪切稀化),其中材料的粘度隨著剪切速率的增加而降低。圖3是說明在相對低剪切速率下測試的液體粘合劑的行為的流變圖。大多數粘合劑和密封劑材料表現出假塑性行為; 例如,車身填料是具有明顯假塑性流動的高粘性材料。圖4顯示,當剪切速率增加到100s-1時,表觀粘度急劇下降,然后在剪切速率以上逐漸降低。

            影響測量粘度值的相關問題是剪切作用施加到材料上的時間長度。當材料以恒定速率剪切并且測量的粘度隨時間降低時,流動行為稱為觸變性。許多粘合劑和密封劑材料表現出觸變性; 重要的是考慮一旦剪切作用停止,粘度是否恢復到其原始值,以及這種行為是否是想要的或預期的。一旦將膠珠放在基材上,粘度是否會恢復,以使材料保持其形狀,并且不像水一樣在平面上展開?

            溫度是測量粘度時要考慮的另一個參數。隨著溫度升高,大多數材料表現出粘度降低。因此,應該定義執行QC檢查的溫度,以確保一致的結果。當配制新的粘合劑或密封劑時,通常進行溫度曲線測試。在恒定剪切速率下測試材料,同時溫度在最小值和最大值之間循環。得到的圖表為QC提供了不同溫度下預期粘度值的參考圖表。

            屈服應力

            一些用戶可能希望將粘合劑施加到特定區域并使其保持放置(保持其位置)直到用刀片或抹子推動。然后可能將第二塊壓在粘合劑層上的適當位置。地板粘合劑是這種應用的一個例子。對應于該行為的屬性稱為屈服應力,它表示固體材料開始像液體一樣流動的施加力的量。屈服應變是由施加的屈服應力引起的樣品變形程度。這兩個值出現在屈服點的應力 - 應變曲線上。

            測試粘合劑/密封劑材料的屈服應力的一種簡單方法是使用以非常低的速度(例如,0.01-1rpm)運行的旋轉粘度計。該儀器使用浸入材料中并以恒定速度運行的葉片主軸。粘度計內部的校準彈簧卷起,向葉片主軸施加越來越大的力,但樣品抵抗移動。然后樣品開始輕微變形,直到其結構破裂并開始流動。測得的扭矩值轉換為應力值(以帕斯卡或達因 - 厘米為單位),這定義了材料的屈服應力。

            使用粘度計測量屈服應力時可以生成的流動曲線的類型。在這種情況下,儀器專門配置為測量屈服應力,并以適當的科學單位顯示該參數的數據。四條曲線顯示出該特定材料的屈服應力的良好可重復性。該測試易于運行,通常不到一分鐘。

            受控應力流變儀是測量屈服應力的替代儀器。如果可用于測試的材料數量有限,錐/板系統是良好選擇。實際上,如果需要溫度控制,錐/板系統也是理想的; 當使用錐/板時,使樣品達到溫度所需的時間最小化。測試方法是運行剪切斜坡,其中增加的扭矩施加到主軸上直到它開始旋轉。主軸開始旋轉的扭矩值是屈服應力。

            受控應力流變儀是比臺式粘度計更昂貴的儀器。如果預算允許使用受控應力流變儀,這是優先選擇方法,因為儀器還可以執行粘度流動曲線測試并檢查剪切后的假塑性行為,觸變性和材料回收率。

            固化測試

            關于粘度測試的最后一個想法適用于環氧樹脂等材料,當粘合劑獲得強度時粘度隨時間增加。目的是了解反應的終點(即,環氧樹脂的最終強度以及到達那里需要多長時間)。固化算法可與標準數字粘度計一起使用,該粘度計配有特殊程序,可使儀器自動更改速度。

            當主軸最初以高速(例如,50或100rpm)旋轉時,粘度計連續測量粘度。當測量的扭矩達到容量的95%時,粘度計將其速度降低一個數量級并且測試繼續而不中斷。當粘度計繼續報告環氧樹脂的粘度值增加時,該過程重復幾次(見圖6)。在測試結束時,報告最終粘度值和達到它所需的時間。

            摘要

            在為粘合劑和密封劑設計有意義的粘度測試時,必須考慮許多因素。仔細考慮如何在制造過程中處理材料或由最終用戶應用材料將導致指定與有效QC程序更相關的測試。

            如果他們不確定優秀的方法,粘合劑和密封劑制造商應聯系儀器制造商并與他們一起審查測試計劃。儀器制造商是充分利用其設備的專業人士,可以幫助確保針對特定應用運行最合適的測試。


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