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天盛胶带-专业胶带生产厂家 
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| 谈谈压敏胶粘带初粘性的测试
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胶粘剂的初粘性,尤其是压敏胶粘带的初粘性能,对压敏胶粘带的实用性能关系颇大。 用现行国标为代表的斜面滚球法测试压敏胶粘带的初粘性,可以对胶粘带生产的质量控制起到很好的作用,但用它直接探索胶粘剂的初粘性是有缺陷的。本文分析了其中的原因,介绍了几种国外新的压敏胶粘带初粘性测试仪器,并提出了对初粘性国标将来修订时的改进建议。 关键词：初粘性,斜面滚球法测试,压敏胶粘带 引 言 常常听到有人问起这样的问题:压敏胶粘带初粘性试验结果的钢球号是究竟代表了什么? 用这种钢球号代表的相对试验结果是否圆满? 本文从初粘性的概念和试验方法的研究出发, 进行了探索。 初粘性的概念 初粘性是胶粘剂的一种性质,它能使胶粘剂和被粘物接触后,在低压下立即形成强度可测的胶接。 胶粘剂初粘性的好坏,对某些应用来说,有很重要的实际意义,如鞋用氯丁胶粘剂在制鞋工艺中,其初粘性能的好坏,对最终鞋子的胶粘质量有很大的关系。 压敏胶粘带的初粘性能对压敏胶粘带的实用性尤为重要。 初粘性的测试方法 胶粘剂初粘性的测试方法有好几种,最简单的一种,是将试片叠合加压成试样后,毋须停放,立即进行力学强度测定[1]。 对压敏胶粘带的初粘性测试也有几种方法: (1) 斜面滚球法。我国国家标准GB/T 4852-84[2]《压敏胶粘带初粘性测试方法(斜面滚球法)》就是参照了日本标准JISZ0237[3]中的第十二部分后予以制订的,该方法的要点是:在一个坡度为30°的斜面上,其上端为100mm长的用聚酯薄膜铺底的助滚段,紧接助滚段的是一段长100mm的以被测压敏胶粘带铺底的测试段。从助滚段上端,以静止状态向下滚一个直径与质量一定的钢球,看它在通过助滚段后能不能在测试段被粘住。显然大的钢球不易被粘住。钢球的直径为1/32英寸～1英寸,共33种,组成一个系列。初粘性的测试结果就以能在测试段被粘住的最大钢球号表示。 日本标准还强调[3],必要时斜面的倾斜角可以从20°至40°变化(当然试验结果要注明) 。 (2) 斜槽滚球法,这是美国ASTMD3121标准[4]采用的方法。 该方法采用一个与地面倾斜角为21°30′的斜槽,斜槽由两块交角为90°的平面拼成,胶粘带贴合在斜槽中,没有助滚段, 钢球只有一种,其直径为14/32英寸(11.1mm)。测量从静止状态向下滚动的钢球停止滚动时的位移量。该位移量即为初粘性的测试值。 (3) 旋转鼓式初粘性测试仪 图1是其示意图,在一个直径为114.3mm的旋转鼓的外表面上贴了一层待测的双面压敏胶粘带,用一对球轴承将一个滚动钢球固定在轴上,由于轴被一对平行弹簧连接到一个负载传感器上,因此该钢球也可以说被连接到一个线性可变差示检测器(LVDT)上,因此测试时作用于滚球中心的水平力可以被LVDT测知,该数据同时被数据记录器储存下来。滚球的重力可以用一个螺旋式弹簧平衡,而加到压敏胶粘带表面的压力,则可以装在球上方盘子里的一个附加负载来设定,旋转鼓的转动速率由一个变速马达来控制,整个仪器的参数见表1。用这种方法测出 的是用力的单位表示的胶粘剂的初粘性(以某一种直径的钢球,在某一种旋转滚动速率下,加上某一附加负载后的测试结果)。  图1 旋转鼓式初粘性测试仪示意图 表1 旋转鼓式初粘性测试仪参数一览表 ------------------------------------------------ 钢球直径,mm 11.1, 12.7, 15.9, 19.1, 22.3 滚动速率,m/s 0～1.0 弹簧强度,N/m 4.07×103 附加负载,N 0～19.6 ------------------------------------------------ (4) 球形探针式初粘性测试仪 图2是示意图,被测的压敏胶粘带胶粘面向外,固定在一对平行弹簧的自由端,作用在这个平行弹簧上的力,可以被固定在该平行弹簧另一端的线性可变差示检测器(LVDT)测出,球形探针的直径可变,整个仪器的参数见表2。测试时,球形探针以某一速率(该参数在一定范围内可调),某一压力(此参数也在一定范围内可调),向固定着的压敏胶粘带靠上去,接触后使探针与固定着压敏胶粘带的那块板一起向前运动一段距离,随后球面探针以该速率逆向运动,直至探针最终脱离压敏胶粘带。用这种方法测出的也是以力的单位表示的胶粘剂的初粘性(以某一 种直径的探针,在某一速率下,加上某一附加力后的测试结果)。  图2 球形探针式初粘性测试仪示意图 表2 球形探针式初粘性测试仪参数一览表 ------------------------------------------------ 探针直径,mm 0.79,15.9,……25.4 检测的弹簧强度,N/m 0.251～19.6×103 探针进退速率,m/s 2～18×10-3 ------------------------------------------------ 滚球运动分析 前面介绍的四种压敏胶粘带的初粘性测试方法都毫无例外地用到了滚球。 下面我们对滚球的运动作一个分析。 外力作用于一个正在胶粘剂表面滚动的,半径为r的球上的情形见图3所示。 胶粘剂作用于滚球,从而产生阻止球的滚动的滞阻作用力,主要由以下两种力组成1作用于球与胶粘剂之间的粘合力,这也是通常一般意义上的初粘力;将胶粘剂从滚球前进道路中推开的反作用力。  图3 作用于滚球的外力和力矩 如果球以恒速在压敏胶粘带上滚动,则球的受阻力矩M,可以表达为胶粘力矩MA和将胶粘剂推开的反作用力矩MP的和,如下等式: M= MA+ MP (1) 这里 M= rF (2) MA= aFA (3) MP= fFP (4) 以上等式中F代表作用于球心的驱动力;FA代表总的胶粘力(即一般意义上的初粘力)。FP 代表将胶粘剂从滚球前进道路上推开的反作用力;a和f则分别代表FA和FP的力臂。由于FA和FP的存在,我们用斜面滚球法或斜槽滚球法测得的初粘力中包括了FP,两者并不能区分,这也是为什么用这两种测试方法, 对大多数压敏胶粘带的应用来说,其初粘性试验结果往往与初粘性要求的用途,相关性较差的原因。因此弄清楚MP和MA之间的关系,对正确理解滚球初粘性试验结果来说是重要的。旋转鼓式初粘性测试仪和球形探针式初粘性测试仪近年的诞生就 是为了弥补前面两种测试方法的不足而设计的。 在球形探针式初粘性测试仪中,FA与FP存在着近似的线性关系, 即: FA= C0+ CAFp (5) 这里C0、C1 均为需实验测定的常数。 将(3)、(4)、(5) 式代入(1) , 则总的受阻力矩可以写成: M=a(C0+ C1FP) + fFP (6) 这个式子也可以写成:  从这些等式里,我们看到,如果参数C0、C1、f和a测出的话,那么FA和FP就能定量地获得,总的受阻力矩M也可以作为FP的函数测定。 在旋转鼓式初粘性测试仪上,如果我们往被测的贴在旋转鼓上的压敏粘带表面上,抹上薄薄的一层滑石粉,那么实验后获得的只是MP。 实验情况介绍 由于国内只有斜面滚球法装置,目前还没有斜槽滚球法、旋转鼓式初粘性测试仪和球形探针式初粘性测试仪。我们在这里简单介绍一下, Z.Miyagi、N.Yamada、N.Urahama和K.Yamamoto的工作。 (1) 实验仪器: 旋转鼓式初粘性测试仪和球形探针式初粘性测试仪。 (2) 试样情况见表3。 (3) 实验结果见表4。 (4) 实验结论:  (1) 滚球的受阻力矩M,胶粘力矩MA及将胶粘剂推开的反作用力矩MP与滚动速率有关。它们随滚动速率增加而增加,而当滚动速率超过某一极限时下降。 (2) 初粘性实验中,将胶粘剂从滚球前进道路上推开的反作力FP远大于滚球的重力。 (3) 当滚球直径为11.1mm(14/32in)时,滚球的胶粘力矩占总的受阻力矩的平均比率为66.4%至78.3%。  小 结 (1) 用斜面滚球法做初粘性试验, 做起来很快,容易操作,只需要很少的设备投资,对操作熟练性的要求也不高, GB/T 4852-84《压敏胶粘带初粘性的测试方法(斜面滚球法)》已经实施十几年,取得了良好的经济和社会效益。该试验方法应主要供质量控制而用。如果(一) 被测压敏胶粘带的胶粘剂层的厚度保持恒定;(二)胶粘剂与其背材的胶接不出问题;(三)背材的刚度不影响压敏胶粘带的粘贴。那么斜面滚球法初粘性实验可以具有良好的重复性,并且还能探测出生产中产品批与批之间的变化。 (2) 斜面滚球法初粘性试验方法,对探索胶粘剂本身的初粘性是有缺陷的。 (3) 只按30°斜面进行初粘性测试, 由于滚球速率较快,有时不能得到满意的测试结果。我们实际测试中就曾碰到过这样的情况,尽管试样摸上去很粘(只用很小的压力就能粘住) ,但由于其背材和胶粘层较厚,连最小号码的滚球也不能粘住。从而无法得出正确的测试结果。因此,在参照日本标准制订的国家标准中忽略了“必要时,斜面的倾斜角可以从20°至40°变化”这一句话是有缺陷的。今后修订时,希望能弥补这一点。 参考文献 1.HG/T 2493-93《鞋用氯丁胶粘剂》 2.GB/T 4852-84《压敏胶粘带初粘性测试方法(斜面滚球法)》 3.JIS Z 0237-91 4.ASTM D3121-94 5.ASTM 《Testing and Eva luation》Vo l.25, No.1P23～27 |
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