Руководство по термоклеевой пленке: типы, применение и принцип работы

A термоплавкая клейкая пленка представляет собой термопластичный связующий слой, который является твердым при комнатной температуре, плавится в текучую жидкость при нагревании, а затем быстро повторно затвердевает при охлаждении, образуя структурное или полуструктурное соединение. Определяющей характеристикой, которая отличает его от жидких клеев и самоклеящихся лент, является то, что он 100% твердый материал, не содержит растворителей и не требует времени на отверждение или высыхание. . Связь образуется исключительно за счет термического фазового перехода. Это делает пленки термоклея уникальными для высокоскоростных процессов ламинирования, чувствительных подложек, не переносящих растворители, а также для применений, требующих однородных линий склеивания без пустот с точным контролем толщины. Наиболее распространенными базовыми полимерами являются этиленвинилацетат, полиолефин, термопластичный полиуретан и полиамид, каждый из которых разработан для определенного диапазона температур склеивания и профиля совместимости с подложкой.

Фундаментальный механизм сцепления: смачивание, проникновение и затвердевание.

Процесс склеивания пленки термоклеем представляет собой трехэтапный термический цикл. Сначала пленку нагревают выше точки плавления, обычно до температуры между 80°С и 180°С в зависимости от типа полимера. При этой температуре вязкость резко падает — часто до значений в диапазоне от 5000 до 50 000 сантипуаз, — позволяя расплавленному клею растекаться и смачивать поверхность подложки. Во-вторых, расплавленный клей проникает в неровности поверхности, поры и пучки текстильных волокон, создавая механическое соединение. В-третьих, по мере отвода тепла полимер рекристаллизуется или остекловывается, захватывая взаимосвязанную структуру и передавая механическую нагрузку через склеенную границу раздела.

Что отличает термоплавкие пленки от других клеевых форм, так это равномерная, предварительно сформированная толщина. Пленка изготавливается по точным размерам, обычно из от 20 до 200 микрон , и этот калибр сохраняется по всей линии связи. Нет утонченностей, пустот от испарения растворителя, выдавливаний по краям. Для таких применений, как ламинирование текстиля или склеивание мембран в одежде для активного отдыха, такая консистенция напрямую приводит к гарантированным водонепроницаемым уплотнениям и предсказуемым показателям воздухопроницаемости.

Основные химические составы полимеров и их характеристики

Основная цепь полимера определяет все важные параметры производительности: температуру размягчения, химическую стойкость, гибкость при низких температурах и совместимость с подложкой. Выбор неправильного химического состава для среды конечного использования является наиболее распространенной причиной выхода клея из строя. В приведенной ниже таблице показаны четыре основных типа термоплавких пленок и их типичные области применения.

Критическая роль индекса текучести расплава и открытого времени

В пределах одного семейства полимеров производительность настраивается путем регулирования индекса текучести расплава (MFI). MFI измеряет, сколько граммов полимера проходит через стандартную матрицу за 10 минут при заданной температуре и весе в соответствии с ASTM D1238. Пленка с высоким MFI (значения выше 50 г/10 мин) является текучей и глубоко проникает в пористые материалы, такие как тканые ткани, создавая прочное механическое соединение. Пленка с низким MFI, менее 10 г/10 мин, остается более вязкой и остается на поверхности, образуя слой, заполняющий зазоры, который хорошо подходит для гладких, непористых подложек, таких как металл или ламинированная пленка.

Открытое время — интервал между плавлением пленки и началом нарастания прочности связи при охлаждении — является еще одним критически важным параметром процесса. Для операций ручной укладки требуется более длительное открытое время от 20 до 60 секунд позволяет оператору перемещать детали. Для высокоскоростного непрерывного ламинирования желательно короткое открытое время менее 5 секунд, поскольку оно обеспечивает немедленную последующую обработку. Открытое время контролируется шириной пика плавления на кривой дифференциальной сканирующей калориметрии полимера; острый и узкий пик плавления приводит к короткому открытому времени, тогда как более широкий диапазон плавления удлиняет его.

Методы нанесения и технологическое оборудование

Пленка термоплавкого клея активируется одновременным воздействием тепла и давления. Конкретное оборудование зависит от объема производства и геометрии склеиваемых деталей. Каждый метод обеспечивает свой термический профиль, и марка пленки должна соответствовать методу нагрева, чтобы достичь полной прочности соединения без термического разрушения.

Планшетные ламинаторы и рулонные ламинаторы

Это наиболее распространенный промышленный метод. Пленка помещается между двумя подложками и пропускается через нагретый зажим или ленточный пресс непрерывного действия. Температура, давление и время выдержки точно контролируются. Ленточные ламинаторы могут работать непрерывно со скоростью, превышающей 10 метров в минуту для склеивания слоев ткани тонкими пленками ЭВА. Критическим параметром является температура на линии соединения, а не только заданное значение нагревателя. Термическое сопротивление подложек означает, что температура пленки отстает от температуры валика. Термопара, встроенная в тестовый цикл ламинирования, является наиболее надежным способом калибровки фактического окна обработки.

Горячее прессование и склеивание плит

Для вырезанных деталей, подошв обуви или прокладок одежды пленка предварительно разрезается по форме и активируется в прессе с подогревом. Пресс обеспечивает высокое давление — до от 3 до 5 бар (от 0,3 до 0,5 МПа) - что приводит расплавленную пленку в тесный контакт с подложкой. Этот метод является стандартом для носков и пяток обуви, при котором предварительно вырезанная вставка из полиамида или пленки ЭВА помещается между верхним материалом и усиливающим компонентом и приваривается за один цикл прессования продолжительностью от 15 до 45 секунд.

Применение ленты для герметизации швов

В технической верхней одежде и медицинской защитной одежде термоклеевые пленки разрезают на узкие ленты и наносят на сшитые швы с помощью термовоздушной машины для запечатывания ленты. Машина направляет струю нагретого воздуха одновременно на ленту и ткань, расплавляя пленку непосредственно перед тем, как прижимной ролик поместит ее в шов. ТПУ является доминирующим химическим составом для этого применения, поскольку полученный герметичный шов должен выдержать как минимум 40 циклов стирки при 60°C. не протекая, сохраняя при этом гибкость и растягиваемость ткани.

Совместимость подложек и подготовка поверхности

Связь с подложкой образуется за счет сочетания механического взаимодействия и специфической адгезии — полярных взаимодействий, водородных связей или, в некоторых реакционноспособных составах, ковалентных связей. Общее правило состоит в том, что пленка термоклея должна иметь поверхностную энергию ниже, чем поверхностная энергия подложки в момент склеивания. Полиолефиновые пленки, обладающие низкой поверхностной энергией примерно 30 дин/см , плохо связываются с чем-либо, если только подложка не обработана предварительно коронным разрядом, плазмой или пламенем для повышения ее поверхностной энергии выше 38 дин/см.

Пленки ТПУ и ЭВА более щадящие благодаря своим полярным ацетатным и уретановым группам, которые образуют водородные связи с гидроксильными и карбонильными группами на таких материалах, как кожа, хлопок и ткани с полиуретановым покрытием. Однако загрязнение является врагом любого процесса склеивания клеем-расплавом. Даже масла от отпечатков пальцев могут создать слабый пограничный слой, вызывающий видимую адгезию, которая разрушается под нагрузкой. Протирание изопропиловым спиртом и чистой безворсовой тканью непосредственно перед ламинированием — это минимальная подготовка поверхности для любого критического склеивания.

Хранение, срок годности и чувствительность к влаге

Пленки термоплавкого клея химически стабильны при хранении по сравнению с жидкими реактивными клеями, но они не застрахованы от старения. Основными механизмами разложения являются окисление основной цепи полимера, особенно в ненасыщенных сортах ЭВА, и поглощение влаги, особенно ТПУ и полиамидом. Пленки ТПУ, в частности, гигроскопичны: они поглощают атмосферную влагу, которая при нагревании пленки выше 100°C испаряется и создает пузырьки, пустоты и слабую пенистую линию склеивания. Срок годности нераспечатанной, влагонепроницаемой пленки ТПУ составляет обычно 12 месяцев со дня изготовления . После вскрытия пленку следует использовать в течение 24–48 часов, если она не хранится в сухом шкафу с точкой росы ниже -30°C.

Полиолефиновые пленки наиболее стабильны при хранении, устойчивы как к окислению, так и к поглощению влаги. Полиамидные пленки хорошо противостоят окислению, но поглощают влагу еще агрессивнее, чем ТПУ. Полиамидная пленка, подвергающаяся воздействию влажности окружающей среды в течение дня, может содержать достаточно воды, чтобы при активации заметно вспениваться. Предварительная сушка рулона пленки в влагопоглотительной сушилке при 60°C в течение 4–6 часов Перед обработкой — это стандартная процедура в высоконадежных приложениях, таких как внутренняя склейка автомобилей, где несостоявшийся шов является основанием для гарантийной претензии.

Методы испытаний для обеспечения качества облигаций

Для проверки соединения термоклеевой пленки требуется нечто большее, чем просто субъективное испытание на отслаивание. Следующие тесты предоставляют количественные данные, которые можно статистически отслеживать в производстве.

• Испытание на Т-отслаивание (ASTM D1876): Скрепленные подложки раздвигаются в Т-образной конфигурации с постоянной скоростью траверсы 300 мм/мин. Средняя сила на расстоянии отрыва фиксируется в Н/25 мм ширины. Значение выше 15 Н/25 мм обычно считается структурным для текстильного применения.
• Испытание на прочность на сдвиг (ASTM D3163): Одиночный сустав внахлест натягивается. Это измеряет когезионную прочность клея. Пленки EVA обычно разрушаются при давлении от 2 до 5 МПа, тогда как пленки TPU могут превышать 10 МПа на подготовленных металлических подложках.
• Испытание на стойкость к стирке (ISO 6330): Склеенные образцы текстиля подвергаются повторным циклам стирки в домашних условиях при определенных температурах. Прочность на отслаивание измеряется перед стиркой и после 5, 10, 20 и 40 циклов. Качественная шовная лента из ТПУ должна сохранять не менее 80% от первоначальной прочности на отслаивание после 40 стирок при 40°C. .
• Испытание гидростатическим давлением (ISO 811): Для водонепроницаемой одежды с герметичными швами на герметичный шов подается столб воды и регистрируется давление, при котором вода проникает. Проходной результат обычно выше 1000 мм водного столба для обычной дождевой одежды и более 5000 мм для спортивной верхней одежды.

Устойчивое развитие и новые технологии

Производство термоплавкой клейкой пленки реагирует на давление со стороны регулирующих органов в отношении одноразового пластика и свалочных отходов несколькими технологическими изменениями. Пленки EVA на биологической основе, в которых этиленовый компонент получают из этанола сахарного тростника, а не из нефти, теперь коммерчески доступны и имеют свойства, по существу идентичные нефтехимическим сортам. Что еще более важно, разработка моющихся и отрывающихся клейких пленок набирает обороты в сфере переработки текстиля. Эти пленки прочно связываются на протяжении всего срока службы одежды, но их формула теряет адгезию при воздействии определенных триггерных условий — определенного pH, скачка температуры выше нормальной температуры стирки или химической ванны — что позволяет разделить склеенные слои для переработки. План действий Евросоюза по созданию экономики замкнутого цикла является основной движущей силой этих исследований, поскольку склеенные текстильные ламинаты из нескольких материалов в настоящее время не подлежат вторичной переработке и отправляются на свалку или сжигание.