Einführung in das Klebeband - Die Wissenschaft des Klebebandes

Die Wissenschaft der Klebebänder

Einführung in das Klebeband - Die Wissenschaft des Klebebandes

Die Wissenschaft der Klebebänder
Die Wissenschaft der Klebebänder

Teile der Anleihe

Die im Bild unten makroskopisch dargestellte Klebeschicht aus einem Klebeband zeigt einen Querschnitt einer Verklebung. Die Schicht besteht aus einer Haftzone, Kohäsionszone und einer Übergangsschicht.

Teile einer Anleihe

Die Haftzone ist die Grenzschicht zwischen Klebstoff und Untergrund. Die Kohäsionszone ist die reine Klebstoffschicht, die den Klebstoff und das Trägermaterial oder ein anderes Substrat hält, wenn der Klebstoff nicht unterstützt wird. Die Übergangsschicht liegt zwischen den Adhäsions- und Kohäsionszonen.

Wirkmechanismus

Der Mechanismus der Klebebandbindung erfolgt wie folgt. Diese Schritte können sofort nach der Aktivierung des Haftklebers durchgeführt werden.

  1. Der Haftkleber auf dem Band wird durch minimalen Druck mit dem Substrat in Kontakt gebracht.
  2. Klebstoff vergrößert seine Oberfläche und dringt durch die Oberfläche des Substrats.
  3. Klebstoff härtet auf dem Untergrund aus und erzeugt eine starke Verbindung.

Die drei Elemente eines Haftklebebandes für eine erfolgreiche Verklebung sind Haftung, Kohäsion und Klebrigkeit.

Adhäsion
  • Adhäsion:  Adhäsion bezeichnet die Fähigkeit eines Klebstoffs, durch Adhäsionskräfte auf der Oberfläche des Substrats zu haften. Adhäsionskräfte beziehen sich auf die Anziehung zweier unterschiedlicher Materialien. Wenn sich das Substrat und die Klebstoffmoleküle nahe kommen, treten Adhäsionskräfte auf mikroskopischer Ebene durch intermolekulare Kräfte (zB Van-der-Waals-Kräfte, Dispersionskräfte) zwischen ihnen auf.

    Die Oberflächenenergie ist eine der Eigenschaften, die die Benetzbarkeit des Substrats beim Kontakt mit dem Klebstoff bestimmt. Die Benetzbarkeit ist wichtig, um die Oberfläche des Substrats zu durchdringen und so eine kontinuierliche Verbindung herzustellen.

    Die Oberflächenenergie ist definiert als die Summe der intermolekularen Kräfte sowie der Anziehungs- und Abstoßungsenergien, die eine Flüssigkeit auf die Oberfläche eines Festkörpers ausübt. Wenn das Substrat eine hohe Oberflächenenergie aufweist, fließt der Klebstoff leicht auf seiner Oberfläche und es wird mehr Oberfläche bedeckt. Einige der hochenergetischen Substrate umfassen Polycarbonat, Polyvinylchlorid und Zink. Bei geringer Oberflächenenergie des Substrats baut sich der Klebstoff hingegen als „kleine Kügelchen“ auf und es wird nur eine kleine Fläche abgedeckt. Substrate mit niedriger Oberflächenenergie umfassen Teflon, Gummi, Pulverbeschichtungen usw.

    Hohe und niedrige Oberflächenenergie

    Oberflächenverunreinigungen verhindern das Einschmelzen des Klebstoffs in den Untergrund. Daher ist es wichtig, die Oberfläche vor dem Anbringen des Klebebandes frei von Fett, Schmutz und Feuchtigkeit zu halten.

  • Kohäsion:  Kohäsion ist die innere Stärke des Klebstoffs. Es bezieht sich auf die Bindung des Klebstoffs in sich selbst. Kohäsion hält die Klebeschicht intakt und verhindert ein Aufspalten.

    Kohäsionskräfte ziehen die benachbarten Moleküle einer Flüssigkeit an, indem sie sie nach innen ziehen. Moleküle an der Oberfläche der Flüssigkeit haben größere Anziehungskräfte, die sie zusammenbinden. Dieses Phänomen ist verantwortlich für die Eigenschaft einer Flüssigkeit, die Oberflächenspannung genannt wird. Die Oberflächenspannung ist die Fähigkeit des Klebstoffs, einer Verformung auf der Oberfläche eines Festkörpers zu widerstehen, wodurch seine Oberfläche reduziert wird. Bei Klebebändern müssen die Klebstoffmoleküle starke Kohäsionskräfte aufweisen, um die Verbindung über die Zeit zu halten und aufrechtzuerhalten.

    Silikon ist ein Beispiel für eine Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung. Wenn Silikon als Beschichtung auf der Oberfläche des Substrats vorhanden ist, wird es schwierig durch den Klebstoff benetzt zu werden. Als Klebstoff hingegen wird eine dauerhafte Verbindung hergestellt.

    Adhäsion und Kohäsion müssen bei der Formulierung oder Auswahl der richtigen Klebstoffe berücksichtigt werden. Eine ideale Verbindung besteht aus einer Kombination aus einem Substrat mit hoher Oberflächenenergie und einem Klebstoff mit niedriger Oberflächenspannung. Um eine gute Benetzung des Untergrundes zu erreichen, müssen Adhäsionskräfte größer als Kohäsionskräfte sein und der Kontaktwinkel muss kleiner als 90° sein.

  • Klebrigkeit:  Klebrigkeit bezieht sich auf die Eigenschaft eines Haftklebebandes, bei der der Klebstoff unter minimalem Druck an der Oberfläche des Substrats klebt. Alle druckempfindlichen Klebstoffe werden durch einen anfänglichen Fingerdruck aktiviert, der auf das Band ausgeübt wird, normalerweise von 14,5 bis 29 psi. Der erforderliche Druck und die Kontaktzeit zum Kleben des Klebebandes variieren je nach Art des Klebstoffs und des Trägermaterials. Bei Klebebändern mit höherer Klebrigkeit ist zum Kleben weniger Druck und Kontaktzeit erforderlich.

    Das beschriebene Phänomen wird auf die Viskoelastizität des Klebstoffs bei Raumtemperatur zurückgeführt. Viskoelastische Objekte sind Materialien, die sowohl viskose als auch elastische Eigenschaften besitzen. Wenn sanfter Druck auf das Band ausgeübt wird, verringert es seine Viskosität und fördert so das Fließen auf dem Substrat auf mikroskopischer Ebene. Aufgrund seiner elastischen Eigenschaft wird die ursprüngliche Viskosität bei stärkerer intermolekularer Kraft mit dem Substrat wiederhergestellt.

    Der Rolling Ball Test und der Loop Tack Test sind die gängigsten Qualitätskontrollen zur Beurteilung der Klebrigkeit der produzierten Klebebänder.

    Rolling-Ball-Test
    • Rolling-Ball-Test:  Der Rolling-Ball-Test misst direkt das Klebeverhalten des Klebebandes. Eine Stahlkugel mit Standardgewicht und -durchmesser wird von der Oberseite einer geneigten Bahn, die aus der klebrigen Seite des Bandes besteht, zum Rollen gebracht. Die Klebrigkeit wird durch die von der Kugel auf der Klebebandbahn zurückgelegte Strecke gemessen; je kürzer der Abstand, desto größer der Tack.

      Loop-Tack-Test
    •  Schlingenklebrigkeitstest : Der Schlingenklebrigkeitstest ist ein quantitatives und wiederholbares Verfahren zur Beurteilung der Klebebandklebrigkeit. An der Sonde einer Zugprüfmaschine wird eine Klebebandschlaufe befestigt. Die Schlaufe wird kurzzeitig mit einer waagerechten Fläche in Kontakt gebracht, dann zieht das Werkzeug sie weg. Zahlenwerte der Zugfestigkeit der Verklebung werden erfasst und ausgewertet.

Referenz: https://www.iqsdirectory.com/articles/tape-suppliers/adhesive-tape.html?msID=1f7798fc-4305-49eb-8ba4-85ca244c575d#different-types-of-adhesive-tapes

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