Klebeband

Hintergrund

Klebeband ist ein Stoffband, das auf der einen Seite mit einem Polyethylenharz und auf der anderen Seite mit einem sehr klebrigen Klebstoff auf Gummibasis beschichtet ist. Im Gegensatz zu anderen Bändern verleiht der Gewebeträger dem Klebeband Festigkeit, ermöglicht jedoch ein leichtes Aufreißen. Klebeband ist auch sehr formbar und kann auf einer Vielzahl von Oberflächen haften. Während es hauptsächlich für die Verwendung in Luftkanälen und ähnlichen Anwendungen entwickelt wurde, haben Verbraucher ein breites Anwendungsspektrum für dieses beliebte Produkt gefunden. Es kann für eine Reihe von Reparaturarbeiten im Haushalt, als Befestigungselement anstelle von Schrauben oder Nägeln und für die Fahrzeugwartung verwendet werden. Es ist sogar bekannt, dass Schneemobilfahrer Klebeband auf ihre Nasen kleben, um Erfrierungen und Sonnenbrand zu verhindern. Das Produkt hat so viel Interesse geweckt, dass es Bücher und Websites gibt, die sich seiner unkonventionellen und oft komischen Verwendung widmen. Im Klebebandbuch wird beispielsweise beschrieben, wie mit Klebeband Schürzen und Trampolinabdeckungen hergestellt werden.

Verlauf

Es gibt widersprüchliche Berichte zum Verlauf des Klebebands. Laut Manco, Inc. (Hersteller von DuckTm Brand Tape) wurde es in den 1940er Jahren von Permacell – einer Division von Johnson und Johnson – während des Zweiten Weltkriegs erstellt. Andere Experten behaupten, dass das Bandprodukt in den 1920er Jahren von Forschern der 3M Company unter der Leitung von Richard Drew erfunden wurde. Die meisten Berichte stimmen jedoch darin überein, dass Permacell das Klebeband während des Krieges perfektionierte. Unter Verwendung modernster Technologie entwickelte das Forschungsteam ein Verfahren zum Kombinieren mehrerer Klebstoffschichten auf einem mit Polyethylen beschichteten Gewebeträger. Einige sagen, dass dieses frühe Produkt den Spitznamen „Entenband“ trug, weil es Wasser wie die Federn des Vogels abwies oder weil das Stoffnetz aus Ententuch hergestellt wurde.

Unabhängig von seiner Herkunft fand das Militär viele Verwendungsmöglichkeiten für Klebeband. Eine der frühesten Anwendungen bestand darin, Munitionskisten zusammenzuhalten. Aus diesem Grund wurde es von Soldaten als „Kanonenband“ bezeichnet. Die Luftwaffe fand andere Verwendungszwecke für das Produkt, und Klebeband wurde verwendet, um Waffenöffnungen in Flugzeugen abzudecken Reduzieren Sie die Luftreibung während des Starts. Wie viele andere Militärprodukte war das Klebeband ursprünglich olivgrün gefärbt, wurde jedoch nach dem Krieg in die bekanntere silberne Farbe geändert. Die Hersteller begannen, es an Haushaltsverbraucher zu vermarkten, die eine Vielzahl neuer Produkte fanden Das Klebeband ist einfacher zu verwenden und genauso effektiv wie Schrauben und Bolzen, wenn es darum geht, die Art von Rohrleitungen zusammenzuhalten, die in neuen Häusern mit Umluftheizung zu finden sind.

Als die Nachfrage der Verbraucher zunahm Vermarkter begannen, ihre Bänder zu verpacken i n eine verbraucherfreundlichere Mode. Laut Manco waren sie das erste Unternehmen, das das Klebeband in Schrumpffolie verpackte und etikettierte, damit es problemlos in Verkaufsregalen gestapelt werden konnte. Diese Verpackungsverbesserung erleichterte es den Käufern, zwischen den verschiedenen Qualitäten zu unterscheiden. Bis 1999 verkaufte Manco jedes Jahr ungefähr 5.900 Kurztonnen (5.352 Tonnen) oder 396.240 km Klebeband.

Design

Klebeband wurde je nach Qualität für unterschiedliche Anwendungen entwickelt. Die Qualität wird durch die Kombination des Klebstofftyps und der Festigkeit des Trägermaterials bestimmt. Die Stärke des Stoffes hängt von der Anzahl der darin enthaltenen Fäden ab. Diese Zahl bestimmt die Reißfestigkeit des Stoffes. Beispielsweise hat Klebeband in Militärqualität eine Reißfestigkeit von 18 kg (40 lb), während die Festigkeit von weniger teuren Bändern im Bereich von 9 kg (20 lb) liegt. Das für die Verwendung durch die Bundesregierung vorgesehene Band muss einem langwierigen 12-seitigen Spezifikationsleitfaden entsprechen, der die Stärke und andere Faktoren bestimmt. Kommerzielle Qualitäten sind weniger anspruchsvoll und werden in der Regel entweder als Gebrauchs-, Allzweck- oder Premium-Qualitäten klassifiziert. Weitere Spezialqualitäten sind „Nuclear Tape“, das in Reaktoren verwendet wird, und ein speziell für Rennwagen entwickeltes „322 km / h“ -Band.

Rohstoffe

Baumwollgewebe

Baumwollgewebe bildet das Rückgrat des Klebebandes. Es bietet Zugfestigkeit und ermöglicht es, das Band in beide Richtungen zu spannen. Stoff mit einem engeren Gewebe und einer höheren Fadenzahl ist von höherer Qualität, bietet eine höhere Festigkeit und einen saubereren Riss. Ein Band in Premiumqualität kann eine Fadenzahl von 44 x 28 Fäden pro Quadratzoll haben. Dementsprechend ist mit diesem Stoff hergestelltes Klebeband teurer. Das Baumwollgewebe wird als „Bahn“ bezeichnet, wenn es über die Beschichtungsmaschinen verteilt ist.

Polyethylenbeschichtung

Das Baumwollgewebe ist mit Polyethylen beschichtet, einem Kunststoffmaterial, das es vor Feuchtigkeit und Abrieb schützt. Diese Kunststoffbeschichtung ist flexibel und ermöglicht eine bessere Haftung des Klebebands auf unregelmäßigen Oberflächen. Das Polyethylen wird geschmolzen und in einem Vorbeschichtungsvorgang auf das Gewebe aufgebracht. Das beschichtete Gewebe wird dann auf Rollen gelagert, bis der Hersteller bereit ist, den Klebstoff aufzutragen.

Klebstoffverbindung

Der in Klebeband verwendete Klebstoff ist aus zwei Gründen einzigartig. Zunächst wird der Klebstoff selbst mit Kautschukmischungen formuliert, die eine langfristige Bindung gewährleisten. Andere Bänder verwenden typischerweise klebende Polymere, die nicht so bindend sind. Zweitens wird der Klebstoff in einer viel dickeren Beschichtung auf das Substrat aufgetragen als bei Zellophan oder Abdeckbändern. Auch dies dient dazu, die Klebeeigenschaften des Bandes zu erhöhen.

Herstellungsverfahren

Klebstoffmischung

• 1 Der in Klebeband verwendete Klebstoff auf Gummibasis wird in einem mehrstufigen Verfahren hergestellt. Im ersten Schritt wird der Klebstoff in einem Mischer gemischt, der als Mischer vom Branbury-Typ bekannt ist und aus einem Edelstahltank besteht, der mit einem Dampfmantel zum Erhitzen der Verbindung und einem Mischer mit hohem Drehmoment ausgestattet ist. Die Kautschukmischungen werden in Pelletform eingeführt, dann erhitzt und gemischt, bis sie geschmolzen und homogen sind. Andere Bestandteile werden in den Mischungstank gegeben, wie in der Formulierung angegeben. Dazu gehören Klebrigmacher, Viskositätsmodifikatoren, Antioxidationsmittel und andere Zusätze. Die endgültige Mischung ist dick, aber glatt genug, um in einen mit der Beschichtungsanlage verbundenen Vorratsbehälter gepumpt zu werden.

Klebstoffauftrag

• 2 Der Klebstoff und der Stoff werden mit hochentwickelten Beschichtungsgeräten kombiniert. Zunächst wird der Klebstoff durch Hitze auf einer Walzenmühle weiter erweicht. Eine Walzenmühle besteht aus eng beieinander liegenden Hohlwalzen aus dickem Edelstahl. Die Rollen sind an Zahnrädern mit hohem Drehmoment und einem Motor befestigt, der sie mit einer festgelegten Geschwindigkeit dreht. Die Temperatur der Walzen wird durch kontinuierliches Pumpen von Wasser gesteuert. Die obere Walze wird auf einer Temperatur von 127 ° C (260 ° F) gehalten, und die mittlere Walze wird auf 38 ° C (100 ° F) gehalten. Die Zylinder sind so fixiert, dass nur ein kleiner Spalt zwischen ihnen besteht. Wenn sich die Walzen drehen, wird die Gummimischung in diesen Raum eingespeist. Die erzeugte Reibung erwärmt und erweicht den Gummi. Diese Anordnung ermöglicht es dem geschmolzenen Klebstoff, eine dünne Folie über die Oberfläche der Walzen zu bilden.
• 3 Das Tuch wird dann durch einen anderen Rollensatz in die Beschichtungsmaschine eingeführt. Es läuft gegen die dritte Walze (gehalten bei 199 ° F), die mit dem Klebstoff in Kontakt steht. Während dieses als Beschichtung bezeichneten Prozesses wird der Klebstoff auf das Tuch übertragen. Durch Steuern der Lücken zwischen den Walzen kann der Maschinenbediener bestimmen, wie viel Klebstoff auf das Tuch aufgetragen wird. Wenn der Klebstoff fertig ist, wird das mit Polyethylen vorbehandelte Stoffträgermaterial von seiner Aufbewahrungsrolle auf die Beschichtungswalzen übertragen. Wenn das Trägermaterial mit der dritten Walze in Kontakt kommt,
  

  A. Druckempfindlicher Bandkalander mit drei Rollen. B. Zweiwalzen-Klebekalender. C. Polyethylen- und Klebstoffkalender. D. Kalander für mit Polyethylen beschichtetes Gewebeband.

  nimmt etwas Klebstoff von der Übertragungswalze auf. Dieses Verfahren zum Aufbringen derart schwerer Klebstoffe wird als Kalender bezeichnet. Es können Beschichtungen mit einer Dicke von 0,05 mm (0,002 Zoll) verwendet werden, die jedoch unter 0,I mm (0,004 Zoll) weniger gleichmäßig werden. Diese Schwankungen treten auf, weil sich die Walzen beim Drehen geringfügig biegen. Dies erzeugt ungleichmäßige Lücken zwischen den Walzen, die Schwankungen des Beschichtungsgewichts über die Bahn verursachen.

• 4 Nach dem Beschichten wird das Klebebandgewebe auf große Kartonkerne gewickelt. Wenn genügend Klebeband beschichtet wurde und die Rolle voll ist, wird sie von ihrer Spindel entfernt und in einen anderen Bereich bewegt, wo sie auf die richtige Größe zugeschnitten werden kann. Diese Lagerrollen sind ungefähr 5 Fuß breit und haben einen Durchmesser von 3 Fuß (152 cm x 91 cm).

Respooling und Schneiden

• 5 Nach Abschluss des Beschichtungsprozesses können die Rollen auf ihre endgültige Größe zugeschnitten werden. Dies erfolgt durch „Abwickeln“ oder Abwickeln der großen Rollen auf einer Maschine, die mit einer Reihe von Messern ausgestattet ist. Die Messer schneiden die Bahn in schmalere Segmente, die dann auf kleineren Kartonkernen zurückgespult werden. Dieser Vorgang wird als „Schneiden“ bezeichnet.

Verpackungsvorgänge

• 6 In dieser letzten Phase werden die Klebebandrollen zum Verkauf verpackt. Sie werden normalerweise einzeln oder in Packungen mit zwei oder drei Stück eingeschweißt. Diese Pakete werden dann verpackt und für den Versand vermarktet.

  Je nach Hersteller können die oben beschriebenen Schritte durch Automatisierung in weniger Schritten kombiniert werden. Zum Beispiel verwendet Permacell eine in sich geschlossene Vorrichtung, die den Klebstoff auf dem Träger mischt, erwärmt und befestigt. Mit dieser Methode kann der Klebstoff ohne verschmutzungsverursachende Lösungsmittel hergestellt werden.

Qualitätskontrolle

Klebeband muss eine Reihe von Standardtests erfüllen, die von der American Society for Testing and Materials beschrieben wurden.Diese Methoden messen zwei Schlüsseleigenschaften des Klebstoffs: seine Haftfestigkeit (die bestimmt, wie gut das Klebeband auf einer anderen Oberfläche haftet) und seine Kohäsionsfestigkeit (die zeigt, wie gut der Klebstoff auf dem Stoffträger haftet). Eine übliche Methode zur Bewertung dieser Eigenschaften besteht darin, das Klebeband auf eine standardisierte Edelstahlplatte aufzubringen und dann die zum Abreißen erforderliche Kraft zu messen. Die Platte wird dann untersucht, um festzustellen, wie viel, wenn überhaupt, des Klebstoffrückstands zurückbleibt. Die Klebebeschichtung selbst wird überwacht, um zu bewerten, wie gut sie auf dem Träger haftet. Bedingungen, bei denen der Klebstoff Rückstände hinterlässt, werden als Kriechen, Haarrisse, Nässen und Ausbluten bezeichnet. Techniker der Qualitätskontrolle achten auch auf Fischaugen, der Begriff, der verwendet wird, um eine ungleichmäßige Anwendung von Klebstoff zu beschreiben.

Zusätzlich zu den Standardtests verfügt jeder Hersteller über eigene Methoden zur Bewertung seiner Produkte. Beispielsweise können Unternehmen die Bruchstelle des Klebebandes messen. Andere bewerten das „Knirschen“ des Bandes beim Abwickeln, da die Verbraucher glauben, dass ein lautes Abreißen der Rolle ein Zeichen der Stärke ist. Andere Tests dienen zur Messung des schnellen Klebens Eine Möglichkeit besteht darin, Ping-Pong-Bälle mit der klebrigen Seite nach oben auf Bandstreifen zu schießen, um zu messen, wie weit sie rollen, bevor sie vom Band gestoppt werden.

Trotz des Rufs des Klebebands als überlegen Adhäsion, Tests von unabhängigen Forschern haben ergeben, dass das Band nicht so gut funktioniert, wie es beabsichtigt ist. 1998 bewerteten die Forscher Max Sherman und Lain Walker vom Lawrence Berkeley National Laboratory des Energieministeriums 12 verschiedene Arten von Klebeband. Sie entwickelten einen beschleunigten Alterungstest, der die Temperaturbedingungen eines Wohn- oder Bürogebäudes von Nacht zu Tag nachahmte Winter bis Sommer. Sie verwendeten eine Reihe von Standard-Fingerverbindungen, die einen kleineren Kanal mit einem größeren verbanden. Sie wickelten jede Testverbindung mit einem Klebeband einer anderen Marke ein und bewerteten die Dichtung unter Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, die den gefundenen ähnlich waren Die Forscher führten auch einen Backtest durch, bei dem die Probenfugen bei höheren Temperaturen gebrannt wurden. Die meisten der getesteten Fugen waren nach Angaben der Forscher zu 50% oder mehr undicht. Ihre Testergebnisse zeigten auch, dass ein großer Teil der Bänder nicht funktionierte, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt (32 ° F) fielen oder über 200 ° F (93 ° C) anstiegen Die Industrie bestritt diese Ergebnisse und behauptete, dass ihre Bandprodukte für eine optimale Effizienz durch Kragen oder Klammern unterstützt werden sollten.

Die Zukunft

Umwelt- und Preisüberlegungen führen zu Forschungen, um neue Klebstoffformulierungen zu geringeren Kosten zu identifizieren – allgemeiner Preis für eine 2 cm (5 cm) breite, 50 m (46 m) große Die Rolle eines Allzweck-Klebebandes kostet etwa drei US-Dollar – für eine hohe Funktionalität, ohne die Umwelt zu schädigen. Darüber hinaus führen Marketingüberlegungen zu Produktverbesserungen. Als Reaktion auf die Kritik, dass Klebeband bei extremen Temperaturen nicht gut funktioniert, entwickeln die Hersteller fortschrittlichere Formulierungen, die speziell für starke Hitze- und Kälteschwankungen entwickelt wurden. Zum ersten Mal werden formale Standards speziell für Klebeband für flexible Rohrleitungen erstellt. Bandhersteller unterstützen diesen Plan, weil sie glauben, dass die Zertifizierung durch Underwriters Laboratories (eine Organisation für Produktsicherheitstests) ihren Umsatz steigern wird.