Vysvětlené Základy Lepení: Předpoklad, Přilnavost, Soudržnost

Pro vytvoření dobré přilnavé vazby musí uživatel vzít v úvahu mnoho faktorů. Samotné lepidlo má přirozeně významný vliv na kvalitu nebo pevnost lepidla. Proto musí být nejprve zvolen optimální typ lepidla a ideální typ lepidla pro aplikaci lepidla - což je samo o sobě výzvou kvůli přibližně 30 000 lepidlům dostupným na trhu. S ohledem na spojovací materiály má kvalita adhezivních povrchů také velký význam pro adhezivum.

Faktory důležité pro kvalitu a sílu vazby

Konstrukční řešení:

- Konstrukce přátelská

k

lepidlu - Geometrický design lepidla:

- Výběr

- Přeprava

- Skladování

- Zpracování

-

Napětí lepicí vrstvy :

- Testování související s praxí

- Další zpracování

- Použití

výroby:

- Umístění

- Výrobní zařízení

- Dodavatelé

- Výrobní parametry

- Úroveň školení zaměstnanců

Spojovací materiál:

- Typ

- povrch

- předúprava

- příprava

- výrobní parametry

Není proto důležité, které materiály mají být slepeny dohromady, ale spíše jaké jsou adhezivní povrchy, pokud jde o kvalitu, drsnost, povrchovou energii atd. Rozhodující pro spojení jsou mezní vrstvy na adhezivní straně a část, která má být spojena, které jsou někdy jen jedna nebo několik molekulárních vrstev tlusté, jakož i fázové rozhraní mezi adhezivem a materiálem části, který má být spojen. V případě spojení nepropustných nebo neabsorpčních částí je zřejmé, že hlubší vrstvy substrátu nemohou mít žádný významný vliv na vazbu.

V přírodě lze nalézt hlavní příklad přilnavosti k údajně „obtížným“povrchům: například mušle se dokážou držet na velmi hladkých površích. S pomocí jejich extrémně silného biologického „mušelínového lepidla“vyrobeného z bílkovin a bílkovin a jejich tzv. Byssusových nití, mušle dosahují mimořádně dobrého držení i na teflonu - a teflon není v neposlední řadě známý jako ideální nepřilnavý povlak, který je zpočátku v rozporu s lepivostí. Tento příklad ukazuje, že v zásadě lze vše přilepit - záleží na „správném“povrchu. V případě potřeby musí být lepicí povrchy podkladů předem připraveny nebo předem ošetřeny v souladu s lepidlem.

Definice: Co je to povrchová energie, povrchové napětí a smáčení?

Povrchová energie: V tekutém lepidle se síly působící mezi molekulami uvnitř kapaliny navzájem ruší, protože každá molekula je obklopena molekulami stejného typu všude kolem. Na druhé straně vnější síly na povrchu chybí, takže výsledná síla má za následek vnitřek kapaliny.

Poznámka

Tento článek je výňatkem z odborné knihy „Adhesive Bonding Technology“, která kromě zde popsaných základů lepení popisuje také různé typy lepidel, technologii lepení a aplikaci technologie lepení.

Více informací

Povrchové napětí: Povrchové napětí je důvodem, proč se kapaliny vždy snaží zmenšit svou povrchovou plochu, a tak předpokládají stav nejnižší možné potenciální energie. Z tohoto důvodu jsou tekuté povrchy vždy minimální povrchy. Sférický tvar nabízí minimální povrch s maximálním objemem.

Výsledkem je, že voda nabývá energeticky příznivého tvaru kapky, když na ni nepůsobí žádné jiné síly. Je známo, že i těžké kapaliny, jako je rtuť, mohou na většině povrchů vytvářet malé a stabilní kapky. Povrchové napětí vody také zabraňuje například potopení vodních toků nebo jiného hmyzu, když jsou na vodní hladině.

Zvlhčení: Zvlhčení spárových povrchů lepidlem je nezbytným kritériem pro vývoj adhezivních sil. V ideálním případě musí tekuté lepidlo zcela smáčet spojovací povrchy substrátů, aby se vytvořily podmínky pro maximální počet adhezních bodů ve spojovací zóně. Adekvátní smáčení povrchů spojovaných částí je proto nejdůležitějším předpokladem pro vytvoření adhezivních sil. Rozhodujícím faktorem smáčivosti je poměr povrchových energií substrátů, které mají být smáčeny, a povrchové napětí lepidla.

lepidlo

Základy lepení: Při selhání lepených spojení - a proč

Povrchová energie pevné látky může být stanovena pomocí úhlu smáčení, často označovaného jako kontaktní nebo kontaktní úhel. Úhel smáčení je úhel, který horizontální kapka kapaliny vytváří na pevném povrchu k tomuto povrchu (viz obrázek). Tato metoda ležící kapky je standardní uspořádání pro optické měření úhlu smáčení. Kapka lepidla spočívá na povrchu substrátu.

Aby se umožnilo dobré smáčení substrátových povrchů tekutým lepidlem, které je vyžadováno pro lepení, musí být povrchové napětí tekutého lepidla vždy nižší než povrchová energie spojovací části. Materiály s vysokou povrchovou energií jsou proto relativně snadno smáčitelné tekutým lepidlem. Nízkoenergetické pevné povrchy, jako jsou plasty, jsou na druhé straně tekutým lepidlem často špatně nebo jen částečně smáčeny.

Poznámka

Pokud se chcete ponořit hlouběji do výpočtu úhlu smáčení a stanovení povrchového napětí, doporučujeme odbornou knihu „Adhesive Technology“, ze které tento výňatek pochází. Zde se berou v úvahu nejdůležitější výpočty a vzorce.

Více informací

Co je drsnost povrchu?

Povrchy substrátu také hrají významnou roli při dobré adhezi. Geometrická struktura substrátů má tedy kromě povrchových energií spojovacích partnerů také zásadní vliv na vazbu.

Pro návrháře CAD je snadné vytvořit ideální povrch s použitým systémem CAD. Povrchy jsou obvykle konstruovány tak, že obvykle neobsahují žádné odchylky tvaru. Tento ideální povrch se nazývá geometrický povrch a nezohledňuje drsnost povrchu.

Většina povrchů je však - alespoň mikroskopicky - nerovnoměrná jako hora. Technické povrchy proto mají více či méně výraznou topografii povrchu a lze je rozdělit na odchylky tvaru různých řádů (viz text v rámečku).

Různé odchylky tvaru

Drsnost povrchu je určena odchylkami tvaru 3. až 5. řádu. Odchylky tvaru 1. až 4. řádu se překrývají se skutečným povrchem (podle DIN 4760: 1982-06 nebo H. Hoischen / A. Fritz).

• Odchylky tvaru 1. řádu: odchylky tvaru. Příklady: odchylky přímosti, rovinnosti a zaoblení.
• Tvarová odchylka 2. řádu: zvlnění. Příklady jsou: vlny.
• Odchylka tvaru 3. řádu: drsnost. Příklady jsou: drážky, škrábance.
• Odchylka tvaru 4. řádu: drsnost. Příklady jsou: drážky, stupnice, hřebeny.
• Tvarová odchylka 5. řádu: drsnost (nelze ji jednoduše znázornit). Příklady jsou: struktura.
• Tvarová odchylka 6. řádu: již nelze jednoduše znázorňovat. Příklady jsou: Mřížová struktura materiálu.

Ve skutečnosti je efektivní povrch substrátu mnohem větší než povrch, který lze vidět pouhým okem. Výsledkem je tzv. Skutečný povrch.



Výsledkem je, že skutečný povrch má výrazně zvětšený povrch pro lepení. Přesto je skutečný povrch spíše teoretickým pojmem, protože v závislosti na povrchových energiích substrátů, povrchovém napětí lepidla a viskozitě lepidla nemůže být celý skutečný povrch obvykle nikdy smáčen lepidlem.

To je důvod, proč člověk mluví v adhezivní technologii efektivního povrchu. Účinným povrchem se rozumí součet kontaktních ploch mezi substrátem a lepidlem. Některé oblasti skutečného povrchu však nejsou smáčeny lepidlem. Tyto nezmáčené oblasti proto nepřispívají ke zvýšení přilnavosti.



Lepící síly: co je přilnavost a soudržnost?

Zohlednění vazebných sil ve vazbách vede ke dvěma důležitým standardním pojmům v adhezivní technologii - adhezi a soudržnost. Společně vytvářejí určující vazebné síly v lepidle.

Adhezivní síly jsou rozhodující pro pevnost mezní vrstvy mezi spojovaným dílem a adhezivní vrstvou. Soudržné síly jsou naproti tomu zodpovědné za vnitřní sílu samotné vrstvy lepidla, přičemž soudržné síly jsou mnohem silnější síly. Jsou asi 20 až 100krát silnější než jednotlivé adhezivní síly.

definice

Co je to přilnavost a soudržnost?



Přilnavost (latinsky: adhaerere = Adhere) označuje povrch adheze, která je účinná na povrchu lepidla a přidávat část na straně mezní vrstvy v důsledku obecných přitažlivých sil mezi různými látkami.

Pod soudržností (latina: cohaerere = spojený) je obecně působením přitažlivých sil mezi atomy nebo molekulami podobně chápána jedna a stejná látka.

Rozlišuje se mezi specifickou adhezí (adheze v důsledku tvorby mezimolekulárních sil), mechanickou adhezí (adheze díky adhezi a povrchu součásti, která má být spojena) a autoadhezí (adheze, když jsou kombinovány stejné elastomery). Tyto pojmy jsou podrobněji vysvětleny níže:

Definice: Co je to specifická adheze, mechanická adheze a autoadheze?

Pod specifickou adhezí se rozumí součet mezimolekulárních sil, které pracují v rozhraní, přilnou k povrchově adhezivní vrstvě. Rozsah působení specifické adheze leží přibližně v rozmezí 0,2 … 1 nm. Specifická adheze je zásadně důležitější než mechanická adheze.

Mechanická adheze je adheze prostřednictvím mechanického nebo tvarovým stykem a ukotvení vytvrzené vrstvy lepidla v pórech, kapilár nebo zářezy na povrchu substrátu. Vhodná předúprava povrchu - například trysky se stlačeným vzduchem (bez stlačeného vzduchu) - může mít pozitivní vliv na mechanickou adhezi.

U velmi hladkých nebo jen mírně zdrsněných povrchů je podíl tzv. Mechanické adheze relativně nevýznamný, zejména pro kovové spoje. Naproti tomu mechanická adheze hraje důležitou roli při lepení savých, velmi porézních a / nebo povrchů s otevřenými póry (papír, dřevo, pěny, textilie, …).

lepidlo

Lepení začíná před lepením (část I)

Termín autoadheze se používá téměř výhradně ve spojení se spojením stejných gumově elastických polymerních vrstev. Předpokladem je velká pohyblivost makromolekul, jako je tomu u elastomerů, které jsou schopné vzájemné difúze při působení tlaku s následným upnutím řetězových segmentů. Pokud se dostanou do styku dva vzorky stejného elastomeru, dojde k adhezi (= autoadheze).

Příkladem je adheze a soudržnost

Adheze je nezbytným, ale nikoli dostatečným kritériem pro lepení. Na ploše jednoho centimetru čtverečního se nachází asi miliarda lepících bodů nebo lepivých spojů. Pouze kombinace adhezivních a soudržných sil však nabízí důležitý předpoklad pro trvanlivé a odolné vazby. Tuto skutečnost lze jasně vysvětlit na příkladu vody:

Rovnoměrně tenká vrstva vody mezi dvěma skleněnými deskami, fóliemi nebo konvexními a konkávními broušenými čočkami zpočátku zajišťuje, že substráty jsou drženy pohromadě díky extrémně vysokému počtu adhezivních vazeb na povrchu spár. Tato soudržnost je však relativně slabá a lze ji snadno zrušit malými silami a nepříznivým směrem zatížení. Voda je tedy jako lepidlo spíše nevhodná, protože kapalná voda zcela postrádá vlastnost soudržnosti.

DIN 2304-1

Lepení začíná před lepením (část II)

Soudržnost obvykle v tomto dokumentu se odkazuje na vnitřní pevnost vytvrzeného lepidla. Každý substrát má samozřejmě také vnitřní pevnost nebo soudržnost. Soudržnost je v podstatě proměnná závislá na materiálu a teplotě. Kovy mají obecně mnohem vyšší soudržnost než plasty. V případě plastů mají termosety (například epoxidová pryskyřice) zase mnohem vyšší soudržnost než termoplasty (například tavné lepidlo), což je způsobeno prostorově úzce spletenou molekulární strukturou termosetů.

Molekulární mobilita se zvyšuje se zvyšující se teplotou (Brownovy molekulární pohyby). Již slabé sekundární valenční vazby se rozpouštějí s rostoucí teplotou - molekulární soudržnost klesá. V důsledku toho se soudržná pevnost snižuje se zvyšující se teplotou. U adhezivních vrstev je soudržnost především charakteristickým znakem retardace plastů nebo lepidel. Při zpomalení se bude plazit nebo teče, takže změna délky, chápaná při stálém mechanickém zatížení.

Poznámka

Tento článek pochází z odborné knihy „Adhesive Bonding Technology“, která kromě zde popsaných základů lepení popisuje také různé typy lepidel, technologii lepení a aplikaci technologie lepení.

Více informací

lepidlo

Základy lepení: Při selhání lepených spojení - a proč

Adhezivní technologie v kritice

Lepení: nedostatečné

* Prof. Dr.-Ing. Tim Jüntgen, profesor na Amberg-Weiden University of Applied Sciences (technologie plastů / technologie zpracování plastů, konstrukce, konstrukce nástrojů, adhezivní technologie)