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测试压敏胶性能的方法大集合


根据目的和要求不同,压敏胶粘制品剥离强度可以有多种测试方法。最常用的有以下几种。

① 180°剥离和90°剥离试验主要用于测定胶粘制品对于较硬或较厚的被粘物的粘接力。180°剥离测试所得到的数据比90°剥离测试分散性小,操作上简便,故用得非常普遍,90°剥离则使用得较少。

② T型剥离试验主要用于测定胶粘制品对于较软或较薄的被粘物的粘接力或两胶粘制品之间的粘接力。

③ 圆筒型剥离试验与用于蜂窝夹芯板的爬鼓剥离试验类似,主要是用于测定胶粘带的快速解卷力。

由于绝大多数压敏胶粘制品都是用于各种金属、塑料、水泥制品、纸制品等硬或厚的被粘物上,所以180°剥离强度已成为压敏胶粘剂及其制品最重要的性能之一。习惯上已经将此强度看作压敏胶粘接力大小的标志,180°剥离强度的测试方法在许多国家已经标准化。我国也已参考其他国家的标准,并根据国内有关企业的现有测试标准制订了压敏胶粘带180°剥离强度测试方法的国家标准。

国家GB/T 2792-1998测定压敏胶粘带180°剥离强度的方法如下:

(1) 试验装置

压辊是橡胶包覆的直径(不包括橡胶层)约84mm、宽度约45mm的钢轮子;包覆橡胶硬度为80°±5°,厚度约6mm;压辊的质量为2000g±50g。

(2) 试验机

拉力试验机应使试样的破坏负载在满标负荷的15%-85%之间。力值示值误差不应大于1%。试验机以下降速度300mm/min±10mm/min连续剥离。

拉力试验机应附有能自动记录剥离负荷的绘图装置。

(3) 试样

① 胶粘带 胶粘带宽度有20mm±1mm、25±1mm两种,长度约200mm。

② 试验板 试验板长度为125mm±1mm,宽度为50mm±1mm,厚度1.5-2.0mm。试验板材质为GB/T 3280规定的0Cr18Ni9或1Cr18Ni9Ti。试验板表面用JB/T 7499-1994规定的粒度为P280的耐水砂纸,先沿横向轻轻打磨,在整个板面上磨出轻度痕迹,再沿纵向均匀打磨,除去这些痕迹。试验板使用次数频繁及长期没有使用后,应再打磨使用。试验板表面有永久性污染或伤痕时,应及时更换。

(4)状态调节和试验环境

状态调节:制备试样前,试样卷(片)、试验板应在温度为23℃±2℃,相对湿度为65%±5%条件下放置2h以上。

试验室温度为23℃±2℃,相对湿度为65%±5%。

(5)试验步骤

① 用擦拭材料沾清洗剂擦洗试验板,然后用干净的脱脂纱布将其擦干,如此反复清晰三次以上,直至板的工作面经目视检查达到清洁为止。清洗后,不得用手和其他物体接触板的工作面。

② 用精度不低于0.05mm的工具测量胶带的宽度。

③ 在制备试样前,先撕去外面3—5层胶粘带,然后再取200mm以上的胶粘带(胶粘带合面不能接触手或其他物质)。并把胶粘带与清洗后的试验板粘接。在试验板的另一端下面放置一条长约200mm、宽400mm的涤纶膜或其他材料,然后用压辊在自重下以约300mm/min的速度在试样上来回滚压三次。

④ 试样制备后应在试验环境下停放20—40min后进行试验。

⑤ 将试样自由端对折180°,并从试验板上剥开粘接面25mm。把试样自由端和试验板分别在上、下夹持器上。应使剥离面与试验机力线保持一致。试验机以300mm/min±10mm/min下降速度连续剥离,并有自动记录仪绘出剥离曲线。

⑥ 双面压敏胶粘带与不锈钢板或其他材料粘接时,先撕去双面胶粘带外面3—5层,然后再取200mm以上胶粘带粘贴在聚酯薄膜上,然后再剥去另一面的隔离纸,按规定进行试验。

⑦ 测定单面压敏胶粘带或栓面压敏胶粘带与薄片、薄膜等材料剥离强度时,先将薄片、薄膜等粘贴在钢板上,然后按规定进行试验。

(6)试验结果

压敏胶粘带180°剥离强度σ(kN/m)按下式计算:

σ=S/Lb×C

式中 S—记录曲线中取值范围内的面积,mm2

L—记录曲线中取值范围内的长度,mm

b—胶粘带实际宽度,mm

C—记录纸单位高度的负荷,kN/m。

在剥离的取值范围内,每隔20mm读一个数,共读4个数,求其平均值。每一组试样个数不少于3个,试验结果以剥离强度的算术平均值表示。

对于压敏胶粘剂的初粘性能,至今学术界还没有形成一个统一的定义。一般认为,压敏胶粘剂的初粘性能是指粘剂与被粘物轻轻地快速接触时所表现出的对被粘物表面的粘接能力,也就是通常所谓的手感粘性,即人们用手轻轻地接触压敏胶粘剂并迅速离开时所感觉到的胶粘剂的粘性。虽然手感粘性的判别标准可以因人而异但这种初粘性能确实是人们公认的一种压敏胶粘剂的重要而又特殊的粘接性能。

上述初粘性能的定义中包含有诸多模糊的词语,因而为了科学的研究和评判压敏胶粘剂的初粘性能,人们曾提出并应用过各种各样的测试方法。这些这是方法大致可归纳并划分为触粘法、滚动摩擦法和剥离法三类,这些方法各有优缺点。这里只简单介绍其中最重要的几种初粘性能的测试方法。

(1) 球滚打摩擦法

此法简称滚球法,是滚动摩擦法中最广泛应用的一种方法,也是最早提出的测试压敏胶初粘性能的方法之一,至今至少已有50多年的历史了。

① 滚球平面停止法 此法早已为美国压敏胶粘带协会制定为初粘性能的标准测试方法之一,即PSTC-6法,也已作为美国的一种国家测试标准方法。测试时,将直径D为1.11cm的钢球从高度h为6.51cm、与水平线呈ɑ角度(ɑ=21°30ˊ)的倾斜板顶端滚下,经过压敏胶粘带的粘性阻滞而停下。测量钢球过胶粘带的距离L即为该胶粘带初粘性能的量度,单位为mm。显然,L越小,初粘性能越好。此法在欧美各国用得很多。有人曾经对此法进行过深入的力学分析,从理论上研究了球的相对密度g、直径D、高度h等与长度L的定量关系。

② 滚球斜坡停止法 此法又称J.Dow法。测试时,将直径不同的一系列钢球从大到小依次从与水平面呈30°角的倾斜板上滚下,经过放置在倾斜板下端的压敏胶粘带,找出其中能完全停止在胶粘面上的最大钢球。用该钢球的号数N来量度压敏胶粘带的初粘性能。显然,N越大,初粘性能越好。此法在我国和日本用得很多。日本已将此法制订为国家标准,称为JISZ0237.我国最近也已对此法制订了相应的国家标准。

滚球法测试压敏胶初粘性能的优点是设备简单,操作方便。但试验结果往往不易重复,数据的分散性较大。因此,每个试样往往需要经过反复多次的试验才能得到比较可靠的结果。对于天然橡胶型压敏胶粘剂,用滚球法测得的初粘性能与用指触法测得的手感粘性之间一般都很一致。但对合成橡胶和丙烯酸纸类的压敏胶来说,两者之间常常缺乏一致性。有些手感粘性很好或用其他方法测定的初粘性能很好的丙烯酸酯压敏胶粘剂,用滚球法却得不到好的结果。

(2) 快速剥离法

此法亦称Chang试验法、快粘试验法或Kreck试验法。美国压敏胶粘带协会已将它制定为初粘性能的另一种标准试验方法,称为PSTC-5。测试时,将压敏胶粘带除自己的质量外不加任何压力地粘贴在不锈钢试验板上,然后马上(60s之内)在试验机上以0.5cm·s-1的速度进行90°剥离试验将胶带揭去,所测得的剥离强度值即为胶带初粘性能的量度,单位为N/m。

此法在欧美用得较多。其优点是能比较好地反映压敏胶的初粘性能或手感粘性。主要缺点是测试数据受基材的影响很大:同种压敏胶,刚性基材比柔性基材数值偏高;基材越厚数值越高。

(3)圆柱体触粘法

这是一种直接模仿手感粘性的测试方法。用一个固定在试验机测试头上的不锈钢针形小圆柱体(接触端面直径为5mm),以很小的压力(一般为9.8kPa)与固定在另一测试头上的胶粘带胶接触很短的时间(一般为1s)然后以很快的速度(一般为1.0cm·s-1)拉开,测定所需的最大分离力作为该胶粘带初粘性能的量度,单位为N。

显然,这种方法能更好地反映压敏胶的手感粘性,测试精度和重复性皆比较好。因而除用作初粘性能的常规测试外,此法还可以用来研究接触压力、接触时间和分离速度等因素的影响。已用此法对压敏胶粘剂的初粘性能进行了许多比较定量的研究工作。该法的主要缺点是需要复杂而昂贵的专用试验设备,称为polyken触粘法初粘试验机。现在已对该试验的方法和设备进行了改进,使得操作简单,且设备价格也便宜。

下面以GB 4852—84测定压敏胶粘带初粘性能的方法加以介绍。

① 原理:将以钢球滚过平放在倾斜板上的粘性面。根据规定长度的粘性面能够粘住的最大钢球尺寸,评价其出粘性大小。

② 测试设备:本装置主要由倾斜板、放球器、支架底座及接球盒等部分组成。

倾斜板:以厚约2mm的玻璃板覆在厚约7mm的钢板上资格倾斜板,两板间可衬入毫米坐标纸,作为安放试样、调节钢球起始位置的标记。

放球器:放球器应能调节倾斜板上的钢球起始位置,释放钢球时,对球应无任何附加力。

支架:支架用于支持倾斜,并可在0°~6°范围内调节板的倾角。

底座:底座应能调节并保持装置的水平状态。

接球盒:接球盒用于承接板上滚落的钢球,其内壁衬有软质材料。

③ 钢球 以GCr15轴承钢制造、精度不低于GB 308-77《钢球》规定的0级、直径为0.039~25.4mm的33种钢球,可作为测试用钢球。

钢球按其英制直径的32倍值编排球号。测试时应使用球号连续的一组钢球。

钢球应存放在防锈油中。有锈迹、伤痕的球须及时更换。

④ 聚酯薄膜 采用复合JB 1256—77《6020聚酯薄膜》规定的厚度为0.025mm的薄膜。其长度约为110mm,宽度比试样约宽20mm。

⑤ 测试条件 试验室温度(23±2)℃,相对湿度为(65±5)%。制备试样前,胶粘带应除去包装材料,互不重叠地在规定的条件下放置2h以上。

⑥ 试样 试样宽度为10~80mm,长度约250mm,除去最外层3~5圈胶粘带后,以约300mm、min的速度解开卷状胶粘带,每隔200mm左右裁取一个试样,取4个以上。

试样拉伸变形较大时,允许有不大于3min的停放时间,使其复原。

取样时不允许手或其他物体接触试样测试段。

⑦测试步骤

a. 准备工作 将蘸有清洗剂的脱脂纱布,擦洗玻璃表面和聚酯薄膜的两面,再用纱布擦干净。

将擦去防锈油的钢球,放入盛有清洗剂的容器内浸泡数分钟,取出后,用清洁的清洗剂和纱布反复清晰擦拭,然后再用干净纱布擦拭干净,清洗后的钢球,应用干净的竹(木、骨)制镊子等工具夹取。

将胶粘带试样粘性面向上地放置在倾斜板上。在规定部位覆上聚酯薄膜作为助滚段。助滚段应平整,无气泡、皱折等缺陷。助滚段以下100mm范围内为测试段。

用胶粘带将助滚段两侧及试样下端固定在倾斜板上。必要时,也可以用胶粘带沿测试段两侧边缘加以固定,使试样平整地贴合在板上。

用镊子把钢球夹入放球器内,调节放球器的前后位置,使钢球中心位于助滚段起始线上,在正式测试前,一个试样允许作多次试测,但应调节放球器的左右位置,使钢球每次滚动的轨迹不重和。

试样宽度大于25mm时,以试样中央25mm宽的区域为有效测试区域。

预选最大钢球:轻轻打开放球器,观察滚下的钢球是否在测试段内被粘住(停止移动逾5s以上),从大至小,取不同球号的钢球进行适当次数的测试,直至找到测试段能粘住的最大球号的钢球。

取上述最大球号钢球和球号与之衔接的大小两个球,在同一试样上各进行一次测试,以确认最大球好的钢球。

b. 正式测试 取3个试样,用最大球号钢球各进行一次滚球测试。若某试样不能粘住此钢球,可换用球号仅小于它的钢球进行一次测试,若仍不能粘住,则须重新测试。

⑧测试结果 测试结果以钢球球号表示。

在3个试样各自粘住的钢球中,如果3个都为最大球号钢球,或者两个为最大球号钢球,而另一个的球号仅小于最大球号,则测试结果以最大球号表示;如果一个为最大球号钢球,而另两个钢球球号仅小于最大球号,则测试结果以仅小于最大球号的钢球球号表示。

内聚力或内聚强度是压敏胶粘剂除粘接力和初粘力之外的又一个重要性能。任何材料在受到外力作用时都会产生形变甚至破坏。所谓材料的内聚力,就是指材料本身抵抗外力作用的能力,外力对于粘接接头的作用不外乎采取正拉、剪切和剥离三种加载方式。一个好的压敏胶粘制品在受到剥离外力(尤其是快速的剥离外力)作用时一般发生粘接界面破坏,而受到正拉或剪切外力时则主要发生胶层内聚破坏。因此,压敏胶粘剂的拉伸强度或剪切强度都可以用来表征它的内聚强度的大小,但在绝大多数压敏胶粘制品的应用场合,都是受到慢速的或持久性的剪切外力的作用。例如,像包装箱胶粘带用双面压敏胶带将物体固定在墙板上时受到物体重力的长期作用,等等。这时,压敏胶粘带的这种滑移是由于在持久性的剪切外力作用下压敏胶粘剂发生蠕变破坏。由于这种破坏主要也都是发生在胶粘剂层,所以人们更经常用压敏胶粘剂抵抗持久性剪切外力所引起的蠕变破坏的能力,即剪切蠕变保持力(亦称持粘力),来表征它们内聚力的大小。此外,也有人提议用正拉蠕变保持力以及T剥离蠕变保持力来表征压敏胶粘剂的内聚力。但皆因不如剪切蠕变保持力更接近实际使用情况,更能反映压敏胶内聚力的性质,而且正拉蠕变保持力的测试方法又比较繁琐,因而没有经常被人们使用。

许多国家都已制定了持粘力的标准测试方法,如美国的ASTM D-3653和PSTC-7,日本的JISZ2037和JISZ1528等。其具体方法都是将胶粘带以一定的面积(长l0×宽b)粘贴在标准被粘物(一般为不锈钢)试验片上,在垂直吊挂的胶粘带末端挂上一定质量(W)的重物使受力方向与粘接面完全平行(成180°),并保持在一定的温度下,记录胶粘带滑移直至脱落的时间t0或读取在一定时间内胶粘带下移的距离L,作为该胶粘带的剪切蠕变保持力(持粘力)的量度,由于测试结果与被粘物的性质、粘贴接头的尺寸、重物的质量以及测试温度等有关,故记录持粘力时必须标明这些测试条件。

GB/T 4851-1998关于压敏胶残带持粘性的试验方法如下:

(1) 定义

持粘性:沿粘贴在被粘物上的压敏胶带长度方向垂直方向垂直悬挂一规定质量的砝码时,胶粘带抵抗位移的能力。用试片移动一定距离的时间或一定时间内移动距离表示。

(2) 试验装置

① 试验架 由可调水平的底座和悬挂、固定试验板用的支架组成。试验架应使悬挂在支架上的试验板的工作面保持竖直方向。

② 试验板 试验板厚1.5—2.0mm,宽为40—50mm,长为60—125mm。试验板材质为GB/T 3280—1992规定的0Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9Ti。试验板表面用JB/T 7499—1994规定的粒度为P280的耐水砂纸,先沿横向轻轻打磨,在整个板面上磨出轻度痕迹,再沿纵向均匀打磨,除去这些痕迹。使用次数频繁及长期没有使用后,应再打磨后使用。试验板表面有永久性污染或伤痕时,应及时更换。

③ 压辊 压辊是用橡胶包覆的直径约84mm,宽度约45mm的钢轮子。包覆橡胶硬度为80±5,厚度约6mm。压辊的质量为2000g50g。

④ 清洗剂和擦拭材料 清洗剂:环己烷、汽油、乙醇、异丙酮、甲苯等使用的试剂级或没有残留物的工业级以上溶剂。 擦拭材料:脱脂纱布、漂布、无纺布等擦拭时既没有短纤维掉落也没有短纤维拉断的柔软的织物,并且不含有可溶于上述溶剂的物质。

⑤ 加载板。连接销和砝码 加载板:材质、尺寸、工作面表面要求同试验板;

除非另有规定,加载板、砝码及两者的连接销的总质量为1000g±10g。

(3)试样

除去胶粘带试卷最外层的3~5圈胶粘带后,以约300mm/min的速率解开试样卷,每隔离200mm左右,在胶粘带中部裁取宽25mm、长约100mm的试样。除非另有规定,每组试样的数量不少于3个。

试样解卷后,除拉伸变形较大时,允许有不大于3min的停放时间外,一般应立即裁取试样,进行测试。试样的粘贴部位不允许接触手或其他物体。

(4) 状态调节和试验环境

状态调节:制备试样前,试样卷(片)应除去包装材料,互不重叠地在温度为23℃±2℃,相对湿度为65%±5%的条件下放置2h以上。

试验环境:按有关产品标准的规定执行。

(5) 试验步骤

① 用擦拭材料蘸清洗剂擦洗试验板和加载板,然后用干净的纱布将其仔细擦干,如此反复清洗三次以上,直至板的工作面经目视检查达到清洁为止。清洗以后,不得用手或其他物体接触板的工作面。

②在温度23℃±2℃,相对湿度为65%±5%的条件下,按规定的尺寸,将试样平行于板的纵向粘贴在紧挨着的试验板和加载板的中部。用压辊以约300mm/min的速度在试样上滚压。注意滚压时,只能用产生于压辊质量的力,施加于试样上,滚压的次数可根据具体产品情况加以规定,如无规定,则往复滚压三次。

③试样在板上粘贴后,应在温度23℃±2℃,相对湿度为65%±5%的条件下放置20min。然后将试验板垂直固定在试验架上,轻轻用销子连接加载板和砝码。整个试验架置于已调整到所要求的试验环境下的试验箱内。记录测试起始的时间。

④ 到达规定时间后,卸去重物。用带分度的放大镜测出试样下滑的位移量,精确至0.1mm;或者记录试样从试验板上脱落的时间。时间数大于等于1h,以min为单位,小于1h的以s为单位。

(6)试验结果

试验结果以一组试样的位移量或脱落时间的算术平均值表示。



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