Основные характеристики клеевых материалов
Сегодня рассмотрим основные характеристики клеевых материалов.
Наибольшее количество вопросов, поступающих к нашим специалистам, связано с вязкостью клеев. Вязкость характеризует сопротивление жидкости течению и это наиболее важная характеристика клея. От вязкости зависит способ нанесения, расход, поведение клея на поверхности (например, скорость впитывания в материалы с разным размером пор).
Поведение жидкости с точки зрения течения называют реологическим поведением (реология – это наука о течении). Если вязкость не зависит от скорости течения жидкости, то жидкость называется ньютоновской (она подчиняется закону течения Ньютона). Подавляющее большинство жидких клеев относятся к так называемым псевдопластическим жидкостям. Вязкость у таких жидкостей уменьшается с увеличением скорости течения (они, например, разжижаются при перемешивании). Причем зависимость вязкости от скорости течения у разных клеев различна. Кроме того, вязкость у всех жидкостей зависит от температуры. Отсюда возникает большая неопределенность в способах измерения и выражения вязкости.
В серьезных исследованиях по реологии вязкость обязательно связывают со скоростью течения (скоростью деформации). Но аппаратура и методы, позволяющие измерить одновременно и вязкость и скорость деформации жидкости, довольно сложны и не используются в условиях производственных лабораторий. Чаще измеряют так называемую кажущуюся или условную вязкость, которая измерена при неизвестной скорости деформации, но в воспроизводимых условиях, позволяющих сравнивать друг с другом различные клеи.
Наиболее распространенным методом измерения кажущейся вязкости в странах западной Европы и в США является метод Брукфильда, который является стандартным. Этот метод рекомендуется и в российском стандарте ГОСТ 25271. Метод предполагает использование специальных приборов – вискозиметров Брукфильда, выпускаемых промышленно (пока, к сожалению, только западными приборостроительными фирмами). Принцип определения вязкости по Брукфильду основан на измерении крутящего момента, необходимого для вращения с определенной скоростью специального шпинделя, помещенного в испытуемый продукт. К прибору прилагается целый набор пронумерованных стандартных шпинделей. Выбор шпинделя зависит от диапазона измеряемой вязкости.
Метод Брукфильда не позволяет определить скорость деформации жидкости. Вязкость разных клеев можно сравнивать только в том случае, если она измерена при одинаковой скорости вращения, например, при 20 об/мин. При записи результатов измерения указываются через косую черту тип вискозиметра, номер шпинделя и скорость вращения. Результаты выражаются в единицах вязкости, т.е. в «Па × с» (паскаль-секунда) или «мПа × с» (миллипаскаль-секунда). Например: вязкость по Брукфильду RVT /5/20 = 10000 мПа × с.
Клеи с вязкостью менее 3000 мПа × с относят к низковязким. Они могут наноситься методом воздушного распыления с помощью обычных краскопультов. Средневязкие клеи с вязкостью 5000 – 20000 мПа × с предназначены для нанесения кистью, валиком, вальцовыми клеенаносящими установками. Клеи с вязкостью больше 25000 — 30000 мПа × с — это высоковязкие клеи. Их наносят с помощью шпателей, раклей и других аналогичных устройств. Они практически не применяются в мебельных и деревообрабатывающих производствах. Средне- и, отчасти, высоковязкие клеи можно наносить с помощью специальных клеевых пистолетов и форсунок на агрегатах высокого давления.
Большинство российских предприятий не располагают вискозиметрами Брукфильда и используют для измерения вязкости воронки ВЗ-246 (по ГОСТ 8420) или кружки ВМС (по ГОСТ 18992). В обоих случаях речь идет об измерении условной вязкости, которую характеризуют временем истечения определенного объема жидкости через калиброванное отверстие и измеряют в секундах. Поскольку в процессе истечения уровень жидкости в воронке или кружке понижается, то скорость истечения непрерывно изменяется. Таким образом эти методы характеризуют некоторую усредненную вязкость. Воронки ВЗ-246 применяют для низко- и частично средневязких клеев (в зависимости от диаметра отверстия: 2, 4 или 6 мм ), кружки ВМС – для средне- и частично высоковязких клеев.
Следует отметить, что корреляция между вязкостью по Брукфильду, по ВЗ-246 и по кружке ВМС имеет место только для ньютоновских жидкостей. Для большинства клеев ее не существует. Пересчитать вязкость из одного метода в другой невозможно. Мало того, даже при сравнении двух образцов, вязкость по Брукфильду может оказаться больше у одного образца, а по кружке ВМС – у другого. Поэтому сравнивать вязкость образцов можно только в рамках одного метода.
Другие характеристики, как мы уже отметил выше, указываются производителями клеев не всегда, хотя с точки зрения потребителя они также важны.
Минимальная температура пленкообразования – это температура, ниже которой клей не может образовать сплошную клеевую пленку. Она определяет температуру, при которой с клеем можно работать. Эта характеристика относится только к водно-дисперсионным клеям. Иногда ее называют «белой точкой», или «точкой беления», что является дословным переводом немецкого термина « Weiβpunkt » и обусловлено тем, что ниже этой точки клеевые дисперсии (например, дисперсия ПВА) образуют белый слой, напоминающий снег.
Для измерения этой характеристики применяется довольно сложное оборудование, поэтому в производственных условиях ее не измеряют. Обычно производители клеев стараются, чтобы МТП была не выше 5-7ºС. В этом случае, работать с клеями не рекомендуется при температуре в цеху ниже 12-15 ºС. Производители клеев, часто не указывая МТП, рекомендуют нижний температурный предел работы с клеем. Его необходимо соблюдать, иначе не избежать «непроклеев» и плохого качества склейки.
«Открытое время» или «время открытой выдержки» – это время, в течение которого можно соединять друг с другом детали с нанесенным слоем клея. Если соединить детали по прошествии этого времени, склеивания не происходит или качество склейки сильно ухудшается. Знание открытого времени позволяет определить операционный запас времени в технологическом процессе.
Открытое время для водно-дисперсионных клеев сильно зависит от температуры и влажности воздуха, от пористости поверхности, на которую нанесен клей, от толщины клеевого слоя. Поэтому цифры, которые дают производители клея, являются ориентировочными. Однако это время легко определить самому для конкретных условий склеивания. Для этого на склеиваемую поверхность наносят слой клея с нужным расходом и время от времени касаются этого слоя пальцем, обернутым полиэтиленовой пленкой. По прошествии открытого времени клей перестает переходить на пленку.
Следует отметить, что под термином «время открытой выдержки» иногда подразумевают время обязательной выдержки клеевого слоя перед соединением деталей. Это нужно иметь в виду при знакомстве с инструкцией по применению клея.
Морозостойкость клеев характеризуют числом циклов «замораживание – оттаивание», которое клей выдерживает без потери качества. Ее можно определить по ГОСТ 18992 путем замораживания пробы клея (около 100 мл) в полиэтиленовом стакане в морозильной камере при -40ºС в течение 6 часов с последующим оттаиванием в течение 18 часов при комнатной температуре (не менее 20ºС). Клей считают морозостойким, если после 4-5 циклов замораживания и оттаивания он не изменяет консистенцию (вязкость, однородность) и клеящие свойства.
Нужно иметь в виду, что для водно-дисперсионных клеев замораживание в любом случае – это шок. Замерзание воды, являющейся средой для полимерных частиц клея, влияет на стабилизацию этих частиц, и, в конечном итоге, вызывает коагуляцию клея. Это проявляется появлением полимерных комочков, «створаживанием». Так что, даже если водно-дисперсионный клей декларируется как морозостойкий, это не значит, что его можно замораживать и оттаивать бесконечное количество раз. Замораживание допускается в исключительных случаях, когда без этого не обойтись (например, при транспортировке). Не рекомендуется также хранить клей в замороженном состоянии.
Еще одна важная характеристика клея, о которой я хотел бы упомянуть, — это скорость (или время) схватывания. Она характеризуется или временем образования клеевого соединения, отвечающего определенным требованиям, или прочностью клеевого соединения (часто в % от конечной) через определенные промежутки времени. Характеристика неоднозначная, не стандартизованная, сильно зависит от склеиваемых материалов и условий склеивания. Поэтому производители клеев избегают ее указывать, ограничиваясь терминами «быстросхватывающийся», «медленносхватывающийся». Но потребитель клея может оценить ее сам, производя склеивание в конкретных условиях и оценивая качество склейки через различные промежутки времени.
Что такое вязкость лакокрасочных материалов и как её определить
Что такое вязкость ?
Вязкость можно определить как сопротивляемость жидкости её растеканию. Это существенная характеристика лакокрасочного продукта, которая зависит от температуры окружающей среды.
Почему вязкость измеряют в секундах и, что такое условная вязкость?
Величина вязкости жидкости примерно пропорциональна времени вытекания определённого её объёма из определённой трубки под определённым давлением.
Пользуясь этим свойством, вязкость ЛКМ обычно оценивают в секундах, которые проходят до полного вытекания лакокрасочного материала из мерных чашек (воронок).
Параметр определяемый таким образом, называется «условная вязкость», в отличие от физической вязкости, выражаемой обычно в сантипаузах.
Значение вязкости, выраженное в различных стандартах
| ВЗ-4, DIN4, сек | FORD4, сек | Физическая вязкость, сантипауза |
|---|---|---|
| 11 | 10 | 20 |
| 12 | 12 | 25 |
| 14 | 14 | 30 |
| 16 | 18 | 40 |
| 20 | 22 | 50 |
| 23 | 25 | 60 |
| 26 | 30 | 80 |
| 30 | 35 | 100 |
| 34 | 40 | 120 |
| 38 | 44 | 140 |
| 42 | 50 | 160 |
| 45 | 54 | 180 |
| 49 | 58 | 200 |
| 52 | 62 | 220 |
Какие есть стандарты чашек для измерения вязкости?
Для чашек существует несколько стандартов: воронки ВЗ-246 (по российскому ГОСТ 9070-75), европейский аналог DIN (DIN 53211-87), а также воронки FORD (ASTM D 120087) для американских продуктов. Это чашки в виде усечённого конуса с широким горлышком и узким отверстием определённого диаметра, расположенным снизу.
В соответствии с европейским стандартом существует пять чашек одинаковой формы вместимостью 100 мл, но с разным диаметром нижнего отверстия — 2, 3, 4, 6 и 8 мм. Чашки FORD имеют отличающиеся от этого ряда отверстия.
 |
|---|
| Рис. 1. Чашка Форда |
 |
|---|
| Рис. 2. Вискозиметр ВЗ-246 |
Как определить вязкость лакокрасочного материала с использованием воронки ВЗ-246, DIN4
Для определения вязкости лакокрасочный материал наливают в чашку до краёв при зажатом нижнем отверстии. Затем отверстие открывают, и жидкость начинает вытекать.
Откуда берутся секунды для определения вязкости?
Время, которое проходит от начала вытекания до первого прерывания струи (не до последней капли), измеряется в секундах. Таким образом, вязкость лакокрасочного материала определяется в секундах при данной чашке, например, 30 сек. DIN4.
Чем выше вязкость жидкости, тем больше время ее истечения, то есть, чем дольше краска, лак или грунт вытекает через воронку, тем больше у него вязкость.
Чем больше диаметр отверстия, тем больше физическая вязкость испытуемого продукта при одном и том же времени вытекания.
Время, требуемое для измерения вязкости с помощью воронки, минимально (2-3 минуты), но данный тест позволяет достаточно точно определить один из основных параметров материала.
Соблюдайте температуру при измерении вязкости!
Важно учитывать изменение вязкости с изменением температуры. Если в спецификациях приведены данные измерения при 20°С, то контролировать вязкость надо строго при указанной температуре.
Перед измерением вязкости надо хорошо перемешать тестируемый материал, особенно в случае длительного хранения.
Смотрите видео определения вязкости с помощью вискозиметра ВЗ-246
Динамическая вязкость по Брукфильду
Вязкость ЛКМ с выраженной псевдопластичностью определяется на аппаратуре, позволяющей фиксировать скорость течения (например, по методу Брукфильда).
Для определения динамической вязкости используют вискозиметры Брукфильда. Принцип работы вискозиметра Брукфильда ротационный. Измерение вязкости осуществляется посредством пересчета крутящего момента, необходимого для вращения шпинделя прибора с постоянной скоростью при погружении его в исследуемую среду.
 |
|---|
| Рис. 3. Вискозиметр Брукфильда |
Это минимум, что Вам надо знать по этому способу определения вязкости, потому что маловероятно, что Вы будете его использовать.
Все производители лакокрасочных материалов обязаны указывать поставочную вязкость своих продуктов на упаковке
С помощью вышеописанного теста легко проверить, не подвергался ли материал каким-либо изменениям во время поставки, которая часто осуществляется через посредников.
После добавления в лакокрасочный материал разбавителя его вязкость значительно снижается. Кроме снижения вязкости материала это также приводит к сокращению его сухого остатка и, следовательно, толщины лакокрасочной плёнки.
Однако, сухой остаток довольно сложно проверить без специальных лабораторных условий, но можно проконтролировать вязкость ЛКМ и сопоставить её с данными на оригинальный продукт из технической спецификации.
Изготовители указывают количество добавляемого разбавителя (по весу или по объёму), необходимого для придания лакокрасочному материалу рабочей вязкости для нанесения оборудованием определённого типа.
Это количество устанавливается производителем ЛКМ и является действительным при стандартных условиях, которые включают в себя температуру окружающей среды и лакокрасочного материала 20 С и влажность воздуха 50%. На практике данные условия выполняются очень редко.
Если температура лакокрасочного материала ниже, его вязкость увеличивается, и, следовательно, требуется большее количество разбавителя для придания продукту необходимой технологичности.
Регулярно проверяйте рабочую вязкость лакокрасочного продукта
Рекомендуется регулярно измерять рабочую вязкость продукта, обычно это удобно делать чашкой DIN4. Только в этом случае можно определить необходимую степень разбавления лакокрасочного материала вне зависимости от температурных условий.
Отзывы посетителей сайта :
Обычная практика такова, что маляр не проверяет вязкость, а если вискозиметр и есть, то он валяется где-нибудь в углу. То есть, в лучшем случае готовится рабочая смесь согласно спецификации и поехали.
Если лакокрасочный материал тяжело наносится, то добавляется больше разбавителя и наоборот. А если маляр долго работает и считает себя профессионалом, то он даже этим бравирует, что может всё делать на глаз, а потом удивляется почему краска течёт или шагрень.
Поэтому, регулярно проверяйте рабочую вязкость лакокрасочного продукта, как сказано в конце статьи.