Taśma klejąca

Tło

Taśma klejąca to taśma materiałowa powleczona żywicą polietylenową z jednej strony i bardzo lepkim klejem na bazie gumy z drugiej. W przeciwieństwie do innych taśm, podłoże z tkaniny zapewnia wytrzymałość taśmy klejącej, a jednocześnie umożliwia jej łatwe rozerwanie. Taśma klejąca jest również bardzo plastyczna i może przylegać do wielu różnych powierzchni. Chociaż został zaprojektowany głównie do użytku w kanałach powietrznych i podobnych zastosowaniach, konsumenci znaleźli szeroki zakres zastosowań tego popularnego produktu. Może być stosowany do szeregu prac remontowych w gospodarstwie domowym, jako element mocujący zamiast śrub lub gwoździ oraz do konserwacji samochodów. Wiadomo nawet, że skutery śnieżne nakładają taśmę klejącą na nosy, aby zapobiec odmrożeniom i poparzeniom słonecznym. Produkt wzbudził tak duże zainteresowanie, że pojawiają się książki i strony internetowe poświęcone jego niekonwencjonalnym i często komicznym zastosowaniom. Na przykład The Duct Tape Book opisuje, jak używać taśmy klejącej do wykonywania fartuchów i pokrowców na trampolinę.

Historia

Istnieją sprzeczne relacje dotyczące historii taśmy klejącej. Według Manco, Inc. (producenta taśmy DuckTm Brand), została ona stworzona przez Permacell – oddział firmy Johnson and Johnson – podczas II wojny światowej w latach czterdziestych XX wieku. Inni eksperci twierdzą, że taśma została wynaleziona w latach dwudziestych XX wieku przez naukowców z firmy 3M, kierowanej przez Richarda Drew. Większość relacji zgadza się jednak, że Permacell udoskonalił taśmę izolacyjną w czasie wojny. Korzystając z najnowocześniejszej technologii, zespół badawczy opracował proces łączenia wielu warstw kleju na podkładzie z tkaniny pokrytej polietylenem. Niektórzy twierdzą, że ten wczesny produkt był nazywany „taśmą kaczą”, ponieważ odpychał wodę jak ptasie pióra lub dlatego, że siatka z tkaniny była wykonana z materiału kaczego.

Niezależnie od pochodzenia, wojsko znalazło wiele zastosowań taśma klejąca. Jednym z jej najwcześniejszych zastosowań było trzymanie razem skrzynek z amunicją. Z tego powodu żołnierze nazywali ją „taśmą do broni”. Siły Powietrzne znalazły inne zastosowania tego produktu, a taśma klejąca była używana do przykrycia otworów na broń w samolotach zmniejszyć tarcie powietrza podczas startu. Podobnie jak wiele innych produktów wojskowych, taśma klejąca miała pierwotnie kolor oliwkowozielony, ale po wojnie zmieniono ją na bardziej znany srebrny kolor. Producenci zaczęli sprzedawać ją konsumentom domowym, którzy znaleźli wiele nowych Taśma jest łatwiejsza w użyciu i tak samo skuteczna jak wkręty i wkręty, jeśli chodzi o trzymanie razem tego rodzaju kanałów, które można znaleźć w nowych domach z ogrzewaniem wymuszonym powietrzem.

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania konsumentów marketerzy zaczęli pakować swoje taśmy i n bardziej przyjazna dla konsumenta moda. Według Manco byli pierwszą firmą, która zawinęła i oznaczyła taśmę klejącą, aby można ją było łatwo układać na półkach wystawowych. To ulepszenie opakowania ułatwiło kupującym rozróżnienie różnych klas. Do 1999 roku Manco sprzedawało około 5900 krótkich ton (5352 ton metrycznych), czyli 246217 mil (396240 km) taśmy rocznie.

Projekt

Taśma klejąca jest przeznaczona do różnych zastosowań w zależności od jej gatunku. Gatunek zależy od rodzaju kleju i wytrzymałości materiału nośnego. Siła tkaniny zależy od liczby zawartych w niej nici; liczba ta określa wytrzymałość materiału na rozdzieranie. Na przykład taśma klasy wojskowej ma wytrzymałość na rozdzieranie 40 funtów (18 kg), podczas gdy tańsze taśmy mieszczą się w przedziale 20 funtów (9 kg). Taśma zaprojektowana do użytku przez rząd federalny musi być zgodna z długim 12-stronicowym przewodnikiem specyfikacji, który określa siłę i inne czynniki. Gatunki komercyjne są mniej wymagające i zazwyczaj klasyfikowane są jako klasy użytkowe, ogólnego przeznaczenia lub premium. Inne gatunki specjalne obejmują „taśmę jądrową”, która jest używana w reaktorach, oraz taśmę „200 mil (322 km) na godzinę”, zaprojektowaną specjalnie dla samochodów wyścigowych.

Surowce

Siatka bawełniana

Siatka bawełniana stanowi szkielet taśmy klejącej. Zapewnia wytrzymałość na rozciąganie i umożliwia przesuwanie taśmy w obu kierunkach. Tkanina o ciaśniejszym splocie i większej liczbie nitek jest lepszej jakości, zapewnia większą wytrzymałość i zapewnia czystsze rozdarcie. Taśma najwyższej jakości może mieć liczbę nici 44 x 28 nici na cal kwadratowy. W związku z tym taśma wykonana z tej tkaniny jest droższa. Tkanina bawełniana nazywana jest „wstęgą”, gdy jest rozłożona w maszynie powlekającej.

Powłoka polietylenowa

Tkanina bawełniana jest pokryta polietylenem, tworzywem sztucznym, który chroni ją przed wilgocią i ścieraniem. Ta plastikowa powłoka jest elastyczna i pozwala taśmie lepiej przylegać do nieregularnych powierzchni. Polietylen jest topiony i nakładany na tkaninę we wstępnej operacji powlekania. Powlekaną tkaninę przechowuje się następnie w rolkach, aż producent będzie gotowy do nałożenia kleju.

Masa klejąca

Klej używany w taśmie klejącej jest wyjątkowy z dwóch powodów. Po pierwsze, sam klej składa się z mieszanek gumy, które zapewniają długotrwałe wiązanie. Inne taśmy zazwyczaj wykorzystują polimery klejące, które nie są tak wiążące. Po drugie, klej nakłada się na podłoże w znacznie grubszej powłoce niż te stosowane na taśmach celofanowych lub maskujących. To również służy poprawie właściwości klejących taśmy.

Proces produkcyjny

Mieszanie kleju

• 1 Klej na bazie kauczuku stosowany w taśmie klejącej jest przygotowywany w procesie wieloetapowym. W pierwszym etapie klej jest mieszany w mieszalniku znanym jako mieszalnik typu Branbury, składający się ze zbiornika ze stali nierdzewnej wyposażonego w płaszcz parowy do podgrzewania masy i mieszalnika o wysokim momencie obrotowym. Mieszanki gumowe są wprowadzane w postaci granulatu, a następnie podgrzewane i mieszane do stopienia i jednorodności. Inne składniki dodaje się do zbiornika do mieszania, jak określono w recepturze. Należą do nich środki zlepiające, modyfikatory lepkości, przeciwutleniacze i inne dodatki. Końcowa mieszanina jest gęsta, ale wystarczająco gładka, aby można ją było przepompować do zbiornika do przechowywania, podłączonego do urządzenia do powlekania.

Nakładanie kleju

• 2 Klej i tkanina są łączone za pomocą zaawansowanego sprzętu do powlekania. Najpierw klej jest dalej zmiękczany przez ogrzewanie na młynie walcowym. Młyn rolkowy składa się z blisko rozmieszczonych wydrążonych walców, które są wykonane z grubej stali nierdzewnej. Rolki są przymocowane do przekładni o wysokim momencie obrotowym i silnika, który obraca je z zadaną prędkością. Temperatura rolek jest kontrolowana przez ciągłe pompowanie przez nie wody. Górna rolka jest utrzymywana w temperaturze 260 ° F (127 ° C), a środkowa rolka jest utrzymywana w 100 ° F (38 ° C). Butle są zamocowane na miejscu, tak że między nimi istnieje tylko niewielka szczelina. Gdy rolki się obracają, mieszanka gumowa jest podawana do tej przestrzeni. Wytworzone tarcie rozgrzewa i zmiękcza gumę. Taki układ pozwala stopionemu klejowi na utworzenie cienkiego arkusza na powierzchni wałków.
• 3 Tkanina jest następnie podawana do maszyny powlekającej przez inny zestaw rolek. Dociera do trzeciego wałka (utrzymywanego w temperaturze 199 ° F), który styka się z klejem. Podczas tego procesu, zwanego powlekaniem, klej jest przenoszony na tkaninę. Kontrolując szczeliny między rolkami, operator maszyny może określić, ile kleju jest nakładane na tkaninę. Gdy klej jest gotowy, materiał podkładowy z tkaniny – który został wstępnie obrobiony polietylenem – jest podawany z rolki magazynującej na rolki powlekające. Gdy podłoże styka się z trzecim walcem,
  

  A. Trójrolkowy kalander z taśmą samoprzylepną. B. Dwurolkowy kalander samoprzylepny. C. Polietylen i kalander samoprzylepny. D. Kalendarze do taśm tekstylnych powlekanych polietylenem.

  zbiera trochę kleju z rolki transferowej. Ten proces stosowany do nakładania tak ciężkich klejów jest znany jako kalandrowanie. Można stosować powłoki o grubości zaledwie 0,002 cala (0,05 mm), ale stają się one mniej jednorodne poniżej 0,004 cala (0,1 mm). Te fluktuacje występują, ponieważ rolki ulegają niewielkiemu zgięciu podczas obracania. Powoduje to powstawanie nierównych szczelin między rolkami, co powoduje zmiany ciężaru powłoki w poprzek wstęgi.

• 4 Po powlekaniu, tkanina taśmy jest nawijana na duże tekturowe rdzenie. Po nałożeniu wystarczającej ilości taśmy i zapełnieniu rolki zdejmuje się ją z trzpienia i przenosi w inne miejsce, gdzie można ją przyciąć do odpowiedniego rozmiaru. Te rolki do przechowywania mają około 5 stóp szerokości i 3 stopy średnicy (152 cm x 91 cm).

Ponowne łączenie i rozcinanie

• 5 Po zakończeniu procesu powlekania role można przyciąć do ostatecznego rozmiaru. Odbywa się to poprzez „rozwijanie” lub odwijanie dużych rolek na maszynę wyposażoną w szereg noży. Noże tną wstęgę na węższe segmenty, które są następnie nawijane na mniejsze tekturowe tuleje. Ten proces jest nazywany „cięciem”.

Operacje pakowania

• 6 Na tym ostatnim etapie rolki taśmy klejącej są pakowane do sprzedaży. Zazwyczaj są pakowane w folię termokurczliwą, pojedynczo lub w opakowaniach po dwie lub trzy sztuki. Opakowania te są następnie pakowane w pudełka i sprzedawane do wysyłki.

  W zależności od producenta kroki opisane powyżej można połączyć za pomocą automatyzacji w mniejszej liczbie kroków. Na przykład Permacell używa samodzielnego aparatu, który miesza, podgrzewa i mocuje klej na podłożu. Ta metoda pozwala na przygotowanie kleju bez rozpuszczalników powodujących zanieczyszczenia.

Kontrola jakości

Taśma klejąca musi przejść serię standardowych testów opisanych przez American Society for Testing and Materials.Metody te mierzą dwie kluczowe właściwości kleju: siłę klejenia (która określa, jak dobrze taśma będzie przylegać do innej powierzchni) i siłę kohezji (która pokazuje, jak dobrze klej przylega do podłoża tkaniny). Jedną z powszechnych metod oceny tych właściwości jest nałożenie taśmy na znormalizowaną płytkę ze stali nierdzewnej, a następnie pomiar siły potrzebnej do jej oderwania. Płytka jest następnie badana w celu określenia, ile pozostałości kleju pozostało, jeśli w ogóle. Sama powłoka klejąca jest monitorowana, aby ocenić, jak dobrze przylega do podłoża. Warunki, w których klej pozostawia resztki, znane są jako pełzanie, pękanie, sączenie i krwawienie. Technicy kontroli jakości zwracają również uwagę na rybie oczy, termin używany do opisania nierównomiernego nakładania kleju.

Oprócz standardowych testów każdy producent ma własne, zastrzeżone metody oceny swoich produktów. Na przykład firmy mogą mierzyć punkt zerwania taśmy klejącej. Inni oceniają dźwięk „zgniatania” taśmy podczas jej odwijania, ponieważ konsumenci uważają, że głośne zerwanie rolki jest oznaką wytrzymałości. Inne testy mają na celu pomiar szybkości klejenia . Jednym ze sposobów jest strzelanie piłeczkami pingpongowymi w paski taśmy lepką stroną do góry, aby zmierzyć, jak daleko się toczą, zanim zostaną zatrzymane przez taśmę.

Pomimo reputacji taśmy klejącej jako doskonałej przyczepność, testy przeprowadzone przez niezależnych naukowców wykazały, że taśma nie działa tak dobrze, jak powinna. W 1998 roku badacze Max Sherman i lain Walker z Lawrence Berkeley National Laboratory Departamentu Energii ocenili 12 różnych rodzajów taśm klejących. Zaprojektowali test przyspieszonego starzenia, który naśladował warunki temperaturowe panujące w domu lub budynku biurowym od nocy do dnia i Od zimy do lata. Zastosowali szereg standardowych złączy na mikrowczepy, które łączyły mniejszy kanał z większym. Owijając każde testowe połączenie taśmą klejącą innej marki, ocenili uszczelnienie w warunkach temperatury i wilgotności zaprojektowanych tak, aby były podobne do tych znalezionych w domowych systemach grzewczych i klimatyzacyjnych. Naukowcy przeprowadzili również test pieczenia, w którym próbki pieczono w wyższych temperaturach. Według naukowców większość badanych połączeń przeciekała o 50% lub więcej. Ich wyniki testów wykazał również, że duża część taśm nie działała, gdy temperatura spadła poniżej zera (32 ° F) lub wzrosła powyżej 200 ° F (93 ° C). Jednak ta Przemysł pe zakwestionował te ustalenia, twierdząc, że dla optymalnej wydajności ich produkty taśmowe powinny być wspomagane kołnierzami lub zaciskami.

Przyszłość

Uwarunkowania środowiskowe i cenowe napędzają badania mające na celu zidentyfikowanie nowych receptur kleju po niższych kosztach – ogólna cena za jeden 2 cale (5 cm) szerokości, 50 jardów (46 m) rolka uniwersalnej taśmy klejącej kosztuje około trzech dolarów – zachowując wysoką funkcjonalność bez uszkadzania środowiska. Ponadto względy marketingowe napędzają ulepszenia produktów. W odpowiedzi na krytykę, że taśma klejąca nie działa dobrze w ekstremalnych temperaturach, producenci tworzą bardziej zaawansowane formuły specjalnie zaprojektowane, aby wytrzymać silne wahania ciepła i zimna. Po raz pierwszy tworzone są formalne standardy specjalnie dla taśmy klejącej do stosowania na elastycznych przewodach. Producenci taśm popierają ten plan, ponieważ wierzą, że certyfikacja Underwriters Laboratories (organizacji testującej bezpieczeństwo produktów) zwiększy ich sprzedaż.