Czym jest energia powierzchniowa materiału i jak ją zmierzyć?
Bardzo często w naszych tekstach na temat łączenia materiałów przewija się motyw „właściwego doboru kleju bądź taśmy do wymagań aplikacji”. Dziś opowiemy Wam, co to oznacza w praktyce, na przykładzie energii powierzchniowej – czyli jednego z kluczowych czynników, jakie trzeba wziąć pod uwagę przy doborze techniki klejenia.
Oczywistością jest, że każdy materiał wykorzystywany w przemyśle wykazuje konkretne, właściwe sobie cechy, których nie można ignorować. Jedne z nich sprzyjają jego zastosowaniom, inne wręcz przeciwnie – przeszkadzają w realizacji zadań. Tak jest chociażby w przypadku podatności danego surowca na łączenie. O tej właściwości świadczy parametr określany mianem energii powierzchniowej. To właśnie od niej zależy, jaki klej będzie potrzebny przy tej czy innej aplikacji.
Jak działa energia powierzchniowa materiałów?
Energia powierzchniowa (mierzona najczęściej w dynach na centymetr* lub w miliniutonach na metr) ma znaczący wpływ na łatwość łączenia danej substancji z innymi. Im wyższa, tym klejenie jest szybsze i trwalsze. Wynika to z faktu, że materiały o wysokiej energii powierzchniowej łatwiej jest zwilżyć, tzn. sprawić, by nałożona na powierzchnię ciecz rozprzestrzeniła się po niej.
Dla przykładu: niewielka ilość wody spuszczona na płaszczyznę o niskiej energii przybierze postać zwartych kropli; w przypadku płaszczyzny o energii wysokiej – rozpłynie się, pokrywając ją cienką warstwą. Analogicznie do wody zachowują się substancje klejące. Zaaplikowane na powierzchnię o wysokiej energii z łatwością się rozchodzą, co umożliwia jej efektywne łączenie z innymi elementami.
Materiały o niskiej i wysokiej energii powierzchniowej
O niskiej energii powierzchniowej przyjęło się mówić wtedy, gdy wynosi ona mniej niż 36 dyn/cm. Do takich materiałów należą m.in. polipropylen, polietylen czy tzw. powierzchnie nieprzywierające (jak choćby politetrafluoroetylen). Średnia energia powierzchniowa to z kolei właściwość materiałów z drewna, kamienia, betonu oraz innych tworzyw określanych jako konstrukcyjne. W ich przypadku mówimy o wartości od 36 do ok. 300 dyn/cm. Kategorię najłatwiejszych w łączeniu materiałów reprezentują natomiast metale oraz szkło. Ich energia powierzchniowa przekracza 300 dyn/cm, a często sięga nawet kilku tysięcy, czyniąc materiał superpodatnym na klejenie.
Jak zmierzyć energię powierzchniową?
W celu zmierzenia energii powierzchniowej danego materiału często stosuje się po prostu wodę, podobnie jak w podanym wcześniej przykładzie. Odbywa się to rzecz jasna z wykorzystaniem profesjonalnych narzędzi do pomiaru kąta między krawędzią otrzymanej kropli a badaną powierzchnią.
W CVGS stosujemy nieco inną metodę. Do mierzenia napięcia powierzchniowego służą nam specjalne markery, których tusz, nałożony na płaszczyznę elementu testowego, pozwala uzyskać potrzebny parametr. Dzięki temu jesteśmy w stanie dobrać właściwą technikę klejenia. Proces ten przebiega w sposób zgodny z obowiązującymi normami jakości: DIN ISO 8296, ASTM D2578-99a oraz DIN 55364.
Czy materiałów o niskiej energii powierzchniowej nie skleimy?
Wiedza o tym, jaka jest energia powierzchniowa dostarczonego materiału, nie służy nam jedynie, by stwierdzić, czy da się go skleić, czy też nie. Gdyby chodziło tylko o to, wystarczyłoby przecież wypróbować, czy łączony element dostatecznie się trzyma. Faktycznym celem pomiaru jest dobór odpowiedniego kleju, czyli takiego, który najlepiej poradzi sobie z danym rodzajem surowca. Co więcej, istnieją też skuteczne sposoby aktywacji powierzchni trudnych w klejeniu, o czym szczegółowo opowiemy Wam wkrótce.
Niska energia powierzchniowa nie stanowi zatem przeszkody nie do pokonania. Ogranicza jedynie zasób potencjalnych możliwości łączenia. O ile dwa elementy z metalu lub szkła możemy połączyć za pomocą niemal każdego kleju przemysłowego, o tyle np. przekładka poliuretanowa będzie wymagała czegoś specjalnego. Rolą specjalisty jest znaleźć najlepsze rozwiązanie.
Dlatego jeśli potrzebujesz profesjonalnej porady w zakresie doboru kleju bądź taśmy klejącej, otrzymasz ją od nas. Zapraszamy do kontaktu!
* 1 dyna/cm jest równa 1 mJ/m2.
