Термоплавкий клей. Виды, свойства, применение

Термоплавкий клей (HMA), также известный как горячий клей, это разновидность термопластичного клея, который обычно продается в виде твердых цилиндрических палочек различного диаметра, предназначенных для нанесения с помощью пистолета для горячего клея. В пистолете используется нагревательный элемент для расплавления пластикового клея, который пользователь проталкивает через пистолет либо механическим спусковым механизмом, либо прямым нажатием пальца. Клей, выдавленный из нагретой насадки, достаточно горячий, чтобы обжечь кожу и даже вызвать серьезные ожоги. В горячем состоянии клей становится липким и затвердевает за считанные секунды или минуты. Термоплавкие клеи также можно наносить методом погружения или распыления и они популярны среди любителей и ремесленников как для приклеивания, так и в качестве более доступной альтернативы литью из смолы.

При промышленном использовании термоплавкие клеи имеют ряд преимуществ по сравнению с клеями на основе растворителей. Они содержат минимальное количество летучих органических соединений или вовсе их не содержат, а также исключают стадию сушки или отверждения. Термоплавкие клеи обладают длительным сроком хранения и обычно могут быть утилизированы без особых мер предосторожности. Некоторые из недостатков включают тепловую нагрузку на основу, ограничения использования субстратов, нечувствительных к более высоким температурам, и потерю прочности сцепления при более высоких температурах, вплоть до полного расплавления клея. Потерю прочности сцепления можно уменьшить, используя реакционноспособный клей, который после затвердевания подвергается дальнейшему отверждению либо под воздействием влаги (например, реакционноспособные уретаны и силиконы), либо ультрафиолетового излучения. Некоторые HMA могут быть неустойчивы к химическим и атмосферным воздействиям. HMA не теряют толщину при затвердевании, в то время как клеи на основе растворителей могут терять до 50-70% толщины слоя при высыхании.

Свойства:

1. Вязкость расплава: Это одно из ключевых свойств, влияющих на растекание клея и его сцепление с поверхностями. Повышение температуры снижает вязкость в зависимости от температуры.
2. Индекс текучести расплава: Этот показатель примерно обратно пропорционален молекулярной массе основного полимера. Клеи с высоким показателем текучести легко наносятся, но обладают менее прочными механическими свойствами из-за коротких полимерных цепей. Клеи с низким показателем текучести обычно имеют лучшие свойства, но их нанесение более сложно.
3. Стабильность срока годности: Это показывает степень стабильности в расплавленном состоянии и склонность к разложению. Важно для промышленного использования, когда клей остается в расплавленном состоянии перед нанесением.
4. Температура образования соединения: Минимальная температура, необходимая для достаточного увлажнения поверхностей.
5. Время работы: Это время, в течение которого поверхность остается достаточно липкой для соединения, и оно может варьироваться от нескольких секунд для быстро застывающих HMA до неопределенного времени для клеев, реагирующих на давление.
6. Время схватывания: Время для образования соединения с достаточной прочностью.
7. Клейкость: Способность клея образовывать прочное соединение между смачиваемыми поверхностями.
8. Поверхностная энергия: Это важный фактор для смачивания различных поверхностей.

Используемые материалы:

Термоплавкие клеи обычно состоят из одного основного материала с различными добавками. Композиция часто разрабатывается таким образом, чтобы температура стеклования (начала хрупкости) была ниже минимальной рабочей температуры, при этом имелась достаточно высокая температура расплава. Важно, чтобы степень кристаллизации оставалась высокой, но в пределах допустимой усадки. Вязкость расплава и скорость кристаллизации (и соответствующее время выдержки) могут быть адаптированы под конкретное применение. Более высокая скорость кристаллизации обычно означает повышенную прочность соединения. Для достижения свойств полукристаллических полимеров аморфным полимерам требуются слишком высокие молекулярные массы, что приводит к неоправданно высокой вязкости расплава; аморфные полимеры чаще используются в термоплавких клеях в качестве модификаторов. Некоторые полимеры могут формировать водородные связи между своими цепями, образуя псевдо-поперечные связи, что укрепляет полимер.

Природа полимера и добавок, повышающих липкость (так называемые улучшители липкости), влияет на характер молекулярного взаимодействия и взаимодействия с основой. В одной из общих систем в качестве основного полимера используется EVA, а в качестве придающего липкость — терпенфенольная смола (TPR). Происходят кислотно-основные взаимодействия между карбонильными группами винилацетата и гидроксильными группами TPR, образуются комплексы между фенольными кольцами TPR и гидроксильными группами на поверхности алюминиевых оснований, а также взаимодействия между карбонильными группами и силанольными группами на поверхностях стеклянных оснований. Полярные группы, гидроксилы и аминогруппы могут образовывать кислотно-основные и водородные связи с полярными группами на подложках, таких как бумага, дерево или натуральные волокна. Неполярные полиолефиновые цепочки хорошо взаимодействуют с неполярными подложками. Хорошее смачивание подложки имеет важное значение для образования удовлетворительного сцепления между клеем и подложкой. Более полярные композиции, как правило, обладают лучшей адгезией из-за их более высокой поверхностной энергии. Аморфные клеи легко деформируются, рассеивая большую часть механических напряжений внутри своей структуры, передавая лишь небольшие нагрузки на поверхность раздела клей-основание; даже относительно слабое неполярное поверхностное взаимодействие может образовывать довольно прочную связь, склонную в первую очередь к разрушению когезии. Распределение молекулярных масс и степень кристалличности влияют на ширину диапазона температур плавления. Полимеры кристаллической природы, как правило, более жесткие и обладают более высокой когезионной прочностью, чем соответствующие аморфные, но также передают большее напряжение на границу раздела клей-основание. Более высокая молекулярная

Применение:

Термоплавкие клеи настолько же разнообразны, сколько и универсальны. Обычно они наносятся экструдированием, прокаткой или распылением, а высокая вязкость расплава делает их идеальными для пористых и проницаемых поверхностей. HMA способны склеивать множество различных материалов, включая резину, керамику, металлы, пластмассы, стекло и дерево.

На сегодняшний день HMA (термоплавкие клеи) представлены в различных видах, что позволяет использовать их в широком спектре применений в различных отраслях промышленности. Для хобби-проектов или поделок, таких как сборка или ремонт пенопластовых моделей самолетов с дистанционным управлением и создание искусственных цветочных композиций, термоплавкие палочки и клеевые пистолеты используются для нанесения клея. В промышленных процессах клей поставляется в виде палочек большего размера и клеевых пистолетов с более высокой скоростью плавления. Кроме термоплавких палочек, HMA может поставляться в других формах, таких как гранулированные или блоки для обработки сыпучих материалов. В более крупных областях применения HMA часто используются пневматические системы подачи клея.

Примеры отраслей промышленности, где используются HMA:

• Заклеивание клапанов гофрокоробов и картонных коробок в упаковочной промышленности.
• Склеивание обложек в переплетной промышленности.
• Использование для упаковки, сборки изделий и ламинирования в деревообрабатывающей промышленности.
• Одноразовые подгузники, где HMA используется для склеивания нетканого материала как с подкладкой, так и с резинками.
• Многие производители электроники также могут использовать HMA для крепления деталей и проводов, а также для изоляции и защиты компонентов устройств.

Термоплавкие клеи обычно продаются в виде палочек или картриджей, совместимых с клеевым пистолетом. Используются также сыпучие гранулы, которые высыпаются или транспортируются в резервуар для последующего нанесения. Большие барабаны с открытой головкой также применяются для нанесения больших объемов. Термоплавкие барабанные насосы оснащены нагреваемой пластиной, которая расплавляет клей для его перекачки по нагретым шлангам