Einführung in Klebeband - Die Wissenschaft der Klebebänder

Die Wissenschaft der Klebebänder

Einführung in Klebeband - Die Wissenschaft der Klebebänder

Die Wissenschaft der Klebebänder
Die Wissenschaft der Klebebänder

Teile der Bindung

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

Teile einer Anleihe

Die Klebezone ist die Grenzschicht zwischen dem Klebstoff und dem Substrat. 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 Klebebandverklebung läuft wie folgt ab. Diese Schritte können unmittelbar nach der Aktivierung des Haftklebers durchgeführt werden.

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

Die drei Elemente eines druckempfindlichen Klebebandes zum Erzielen einer erfolgreichen Verbindung sind Adhäsion, Kohäsion und Klebrigkeit.

Adhäsion
  • Adhäsion:  Adhäsion bezeichnet die Fähigkeit eines Klebstoffs, durch Adhäsionskräfte an der Oberfläche des Substrats zu haften. Adhäsionskräfte beziehen sich auf die Anziehung zweier unterschiedlicher Materialien. Wenn das Substrat und die Klebstoffmoleküle nahe beieinander liegen, treten Adhäsionskräfte auf mikroskopischer Ebene durch intermolekulare Kräfte (z. B. 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 durchgehende Bindung herzustellen.

    Oberflächenenergie ist definiert als die Summe der intermolekularen Kräfte und der Anziehungs- und Abstoßungsenergien, die eine Flüssigkeit auf die Oberfläche eines Festkörpers ausübt. Wenn das Substrat eine hohe Oberflächenenergie hat, fließt der Klebstoff leicht auf seiner Oberfläche und es wird mehr Oberfläche bedeckt. Einige der hochenergetischen Substrate umfassen Polycarbonat, Polyvinylchlorid und Zink. Hat der Untergrund hingegen eine niedrige Oberflächenenergie, baut sich der Klebstoff als „kleine Perlen“ auf und es wird nur eine kleine Fläche bedeckt. Zu den Substraten mit niedriger Oberflächenenergie gehören Teflon, Gummi, Pulverbeschichtungen usw.

    Hohe und niedrige Oberflächenenergie

    Oberflächenverunreinigungen verhindern das Einschmelzen des Klebstoffs in das Substrat. 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. Die Kohäsion hält die Klebeschicht intakt und verhindert, dass sie splittert.

    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 aneinander binden. Dieses Phänomen ist verantwortlich für die Eigenschaft einer Flüssigkeit, die als Oberflächenspannung bezeichnet wird. Die Oberflächenspannung ist die Fähigkeit des Klebstoffs, einer Verformung auf der Oberfläche eines Festkörpers zu widerstehen, wodurch dessen Oberfläche verringert wird. Im Fall von Klebebändern müssen die Moleküle des Klebstoffs starke Kohäsionskräfte aufweisen, um die Bindung zu halten und über die Zeit 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 sein, von dem Klebstoff benetzt zu werden. Als Klebstoff hingegen sorgt es für eine dauerhafte Verbindung.

    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 Substrats zu erreichen, müssen Adhäsionskräfte im Vergleich zu Kohäsionskräften größer sein und der Kontaktwinkel muss kleiner als 90° sein.

  • Klebrigkeit:  Klebrigkeit bezieht sich auf die Eigenschaft eines Haftklebebands, bei dem der Klebstoff unter minimalem Druck an der Oberfläche des Substrats haftet. Alle druckempfindlichen Klebstoffe werden durch einen anfänglichen Fingerdruck aktiviert, der auf das Band ausgeübt wird, normalerweise von 14,5 bis 29 psi. Der erforderliche Anpressdruck und die Einwirkzeit zum Verkleben des Klebebandes variieren je nach Klebstoffart und Trägermaterial. Für Klebebänder mit höherer Klebrigkeit sind weniger Druck und Kontaktzeit zum Verkleben 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 zwischenmolekularer Kraft mit dem Substrat wiedererlangt.

    Der Rolling Ball Test und der Loop Tack Test sind die gebräuchlichsten 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 einem Standardgewicht und -durchmesser rollt von der Spitze einer geneigten Bahn, die aus der klebrigen Seite des Klebebands besteht. Die Klebrigkeit wird anhand der Strecke gemessen, die der Ball auf der Klebebandbahn zurückgelegt hat; Je kürzer der Abstand, desto größer die Klebrigkeit.

      Loop-Tack-Test
    • Loop-Tack-Test:  Der Loop-Tack-Test ist eine quantitative und wiederholbare Methode zur Beurteilung der Klebrigkeit von Klebebändern. An der Sonde einer Zugprüfmaschine wird eine Klebebandschlaufe befestigt. Die Schlaufe wird kurzzeitig mit einer horizontalen 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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