คู่มือฟิล์มกาวร้อนละลาย: ประเภท การใช้งาน และวิธีการทำงาน

A ฟิล์มกาวร้อนละลาย เป็นชั้นพันธะเทอร์โมพลาสติกซึ่งมีความแข็งที่อุณหภูมิห้อง ละลายเป็นของเหลวที่ไหลได้เมื่อถูกความร้อน จากนั้นจะแข็งตัวอีกครั้งอย่างรวดเร็วเมื่อเย็นลงเพื่อสร้างพันธะทางโครงสร้างหรือกึ่งโครงสร้าง ลักษณะเฉพาะที่แยกออกจากกาวเหลวและเทปไวต่อแรงกดก็คือเป็นเช่นนั้น ของแข็ง 100% ปราศจากตัวทำละลาย และไม่จำเป็นต้องบ่มหรือทำให้แห้ง . พันธะเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงเฟสความร้อนล้วนๆ ทำให้ฟิล์มหลอมร้อนเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการเคลือบความเร็วสูง พื้นผิวที่ละเอียดอ่อนซึ่งไม่สามารถทนต่อตัวทำละลาย และการใช้งานที่ต้องการเส้นพันธะที่สม่ำเสมอและไร้ช่องว่างพร้อมการควบคุมความหนาที่แม่นยำ โพลีเมอร์พื้นฐานที่พบมากที่สุด ได้แก่ เอทิลีนไวนิลอะซิเตต โพลีโอเลฟิน เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน และโพลีเอไมด์ ซึ่งแต่ละตัวได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับช่วงอุณหภูมิการยึดเกาะเฉพาะและโปรไฟล์ความเข้ากันได้ของซับสเตรต

กลไกการยึดเหนี่ยวขั้นพื้นฐาน: การเปียก การทะลุทะลวง และการแข็งตัว

กระบวนการติดฟิล์มร้อนละลายเป็นวัฏจักรความร้อนสามขั้นตอน ขั้นแรก ฟิล์มจะถูกให้ความร้อนผ่านจุดหลอมเหลว ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิอยู่ระหว่างนั้น 80°ซ และ 180°ซ ขึ้นอยู่กับชนิดของโพลีเมอร์ ที่อุณหภูมินี้ ความหนืดจะลดลงอย่างมาก—มักจะเป็นค่าในช่วง 5,000 ถึง 50,000 เซนติพอยส์—ทำให้กาวที่หลอมละลายไหลและทำให้พื้นผิวของวัสดุเปียก ประการที่สอง กาวหลอมเหลวจะแทรกซึมผ่านความผิดปกติของพื้นผิว รูพรุน และมัดเส้นใยสิ่งทอ ทำให้เกิดการประสานกันทางกล ประการที่สาม เมื่อความร้อนถูกกำจัดออกไป โพลีเมอร์จะตกผลึกอีกครั้งหรือทำให้กลายเป็นแก้ว กักโครงสร้างที่เชื่อมต่อกันและถ่ายเทภาระทางกลผ่านส่วนต่อประสานที่ถูกยึดเหนี่ยว

สิ่งที่ทำให้ฟิล์มร้อนละลายแตกต่างจากกาวรูปแบบอื่นๆ คือความหนาที่สม่ำเสมอและขึ้นรูปไว้ล่วงหน้า ฟิล์มนี้ถูกผลิตขึ้นเพื่อวัดที่แม่นยำโดยทั่วไปจาก 20 ถึง 200 ไมครอน และเกจนี้จะถูกคงไว้ตลอดเส้นพันธะทั้งหมด ไม่มีจุดบางๆ ไม่มีช่องว่างจากการระเหยของตัวทำละลาย และไม่มีการบีบตัวที่ขอบ สำหรับการใช้งาน เช่น การเคลือบสิ่งทอหรือการติดเมมเบรนในเครื่องแต่งกายกลางแจ้ง ความสม่ำเสมอนี้จะแปลโดยตรงไปสู่ซีลกันน้ำและค่าการระบายอากาศที่คาดการณ์ได้โดยตรง

เคมีภัณฑ์โพลีเมอร์หลักและโปรไฟล์ประสิทธิภาพ

แกนหลักโพลีเมอร์จะกำหนดพารามิเตอร์ประสิทธิภาพที่สำคัญทุกประการ: จุดอ่อนตัว ความต้านทานต่อสารเคมี ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ และความเข้ากันได้ของซับสเตรต การเลือกสารเคมีที่ไม่ถูกต้องสำหรับสภาพแวดล้อมการใช้งานขั้นสุดท้ายเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของกาว ตารางด้านล่างแสดงประเภทฟิล์มหลอมร้อนหลักสี่ประเภทกับซองการใช้งานทั่วไป

บทบาทที่สำคัญของดัชนีการไหลของของเหลวและเวลาเปิด

ภายในตระกูลโพลีเมอร์เดี่ยว ประสิทธิภาพจะถูกปรับโดยการปรับ Melt Flow Index (MFI) MFI วัดจำนวนโพลีเมอร์ที่ไหลผ่านแม่พิมพ์มาตรฐานภายใน 10 นาทีภายใต้อุณหภูมิและน้ำหนักที่ระบุ ตามมาตรฐาน ASTM D1238 ฟิล์ม MFI สูง ที่มีค่ามากกว่า 50 กรัม/10 นาที เป็นของเหลวและแทรกซึมลึกเข้าไปในพื้นผิวที่มีรูพรุน เช่น สิ่งทอที่ทอ ทำให้เกิดพันธะทางกลที่แข็งแกร่ง ฟิล์ม MFI ต่ำที่ต่ำกว่า 10 กรัม/10 นาที ยังคงมีความหนืดมากขึ้นและยังคงอยู่บนพื้นผิว ก่อให้เกิดชั้นอุดช่องว่างซึ่งทำงานได้ดีกับพื้นผิวที่เรียบและไม่มีรูพรุน เช่น การเคลือบโลหะหรือฟิล์ม

เวลาเปิด—ช่วงระหว่างการหลอมละลายของฟิล์มและความแข็งแรงของพันธะที่เริ่มสร้างขึ้นผ่านการทำความเย็น—เป็นอีกพารามิเตอร์ที่สำคัญต่อกระบวนการ สำหรับการดำเนินการวางแบบแมนนวล เวลาเปิดอีกต่อไป 20 ถึง 60 วินาที ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานเปลี่ยนตำแหน่งชิ้นส่วนได้ สำหรับการเคลือบต่อเนื่องความเร็วสูง ระยะเวลาเปิดสั้นไม่เกิน 5 วินาทีเป็นที่ต้องการ เนื่องจากช่วยให้สามารถประมวลผลดาวน์สตรีมได้ทันที เวลาเปิดจะถูกควบคุมโดยความกว้างของจุดสูงสุดของการหลอมเหลวในกราฟการวัดค่าความร้อนด้วยการสแกนดิฟเฟอเรนเชียลของโพลีเมอร์ จุดสูงสุดของการหลอมเหลวที่แคบและแหลมทำให้เกิดเวลาเปิดที่สั้น ในขณะที่ช่วงการหลอมเหลวที่กว้างขึ้นจะขยายออกไป

วิธีการสมัครและอุปกรณ์การประมวลผล

ฟิล์มกาวร้อนละลายถูกกระตุ้นโดยการใช้ความร้อนและความดันพร้อมกัน เครื่องจักรเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิตและรูปทรงของชิ้นส่วนที่เชื่อมติดกัน แต่ละวิธีให้โปรไฟล์ด้านความร้อนที่แตกต่างกัน และเกรดฟิล์มจะต้องจับคู่กับวิธีการให้ความร้อนเพื่อให้ได้ความแข็งแรงพันธะเต็มที่โดยไม่สลายตัวจากความร้อน

เครื่องเคลือบแบบเรียบและเครื่องเคลือบแบบม้วน

นี่เป็นวิธีการทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันมากที่สุด ฟิล์มถูกประกบอยู่ระหว่างวัสดุพิมพ์ทั้งสองและผ่านการหนีบด้วยความร้อนหรือการกดสายพานอย่างต่อเนื่อง มีการควบคุมอุณหภูมิ ความดัน และเวลาพักอย่างแม่นยำ เครื่องเคลือบบัตรแบบสายพานสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องที่ความเร็วเกิน 10 เมตรต่อนาที สำหรับฟิล์ม EVA บางที่เชื่อมชั้นผ้า พารามิเตอร์ที่สำคัญคืออุณหภูมิที่แนวประสาน ไม่ใช่เพียงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ของเครื่องทำความร้อน ความต้านทานความร้อนของพื้นผิวหมายความว่าอุณหภูมิของฟิล์มจะช้ากว่าอุณหภูมิของแท่นวาง เทอร์โมคัปเปิลที่ฝังอยู่ในการทดสอบการเคลือบเป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการปรับเทียบหน้าต่างการประมวลผลจริง

การอัดร้อนและการติดแผ่น

สำหรับชิ้นส่วนที่ถูกตัด พื้นรองเท้า หรือวัสดุบุด้านในของเสื้อผ้า ฟิล์มจะถูกตัดล่วงหน้าเพื่อให้เป็นรูปร่างและเปิดใช้งานในการกดแผ่นด้วยความร้อน แท่นพิมพ์ให้แรงดันสูง—สูงสุด 3 ถึง 5 บาร์ (0.3 ถึง 0.5 MPa) —ซึ่งบังคับให้ฟิล์มหลอมเหลวสัมผัสกับพื้นผิวอย่างใกล้ชิด วิธีการนี้เป็นมาตรฐานสำหรับฝาครอบนิ้วเท้าและส่วนสวมส้นเท้า โดยจะมีการใส่ฟิล์มโพลีเอไมด์หรือฟิล์ม EVA ที่ตัดไว้ล่วงหน้าไว้ระหว่างวัสดุส่วนบนกับส่วนประกอบเสริมแรง และหลอมรวมในรอบการกดครั้งเดียวซึ่งใช้เวลา 15 ถึง 45 วินาที

การใช้งานเทปปิดผนึกตะเข็บ

ในชุดป้องกันด้านเทคนิคและชุดป้องกันทางการแพทย์ ฟิล์มละลายร้อนจะถูกกรีดเป็นเทปแคบ และติดบนตะเข็บที่เย็บด้วยเครื่องซีลเทปลมร้อน เครื่องจะส่งกระแสลมร้อนไปที่เทปและผ้าไปพร้อมๆ กัน ทำให้ฟิล์มละลายทันทีก่อนที่ลูกกลิ้งแรงดันจะสอดเข้าไปในตะเข็บ TPU เป็นคุณสมบัติทางเคมีที่โดดเด่นสำหรับการใช้งานนี้ เนื่องจากตะเข็บที่ผนึกไว้จะต้องคงอยู่ได้อย่างน้อย 40 รอบการซักที่อุณหภูมิ 60°C โดยไม่รั่วซึมโดยยังคงความยืดหยุ่นในการยืดตัวไปกับเนื้อผ้า

ความเข้ากันได้ของพื้นผิวและการเตรียมพื้นผิว

พันธะกับซับสเตรตก่อตัวผ่านการผสมผสานระหว่างการประสานเชิงกลและการยึดเกาะจำเพาะ—ปฏิกิริยาระหว่างขั้ว พันธะไฮโดรเจน หรือพันธะโควาเลนต์ในสูตรปฏิกิริยาบางสูตร กฎทั่วไปคือฟิล์มร้อนละลายต้องมีพลังงานพื้นผิวต่ำกว่าพลังงานพื้นผิวของสารตั้งต้นในขณะที่ทำการเชื่อม ฟิล์มโพลีโอเลฟินส์ที่มีพลังงานพื้นผิวต่ำโดยเนื้อแท้ ประมาณ 30 ไดน์/ซม ยึดเกาะกับสิ่งใดๆ ได้ไม่ดี เว้นแต่พื้นผิวจะได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยการปล่อยโคโรนา พลาสมา หรือเปลวไฟเพื่อเพิ่มพลังงานพื้นผิวให้สูงกว่า 38 ไดน์/ซม.

ฟิล์ม TPU และ EVA ให้อภัยได้มากกว่าเนื่องจากมีโพลาร์อะซิเตตและหมู่ยูรีเทน ซึ่งสร้างพันธะไฮโดรเจนกับหมู่ไฮดรอกซิลและคาร์บอนิลบนพื้นผิว เช่น หนัง ผ้าฝ้าย และผ้าเคลือบโพลียูรีเทน อย่างไรก็ตาม การปนเปื้อนเป็นศัตรูของพันธะร้อนละลายทั้งหมด แม้แต่น้ำมันลายนิ้วมือก็สามารถสร้างชั้นขอบเขตที่อ่อนแอซึ่งทำให้เกิดการยึดเกาะที่ชัดเจนซึ่งล้มเหลวเมื่อรับน้ำหนัก การเช็ดด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์และผ้าสะอาดที่ไม่มีขุยทันทีก่อนการเคลือบเป็นการเตรียมพื้นผิวขั้นต่ำสำหรับการยึดติดที่สำคัญ

การจัดเก็บ อายุการเก็บรักษา และความไวต่อความชื้น

ฟิล์มกาวร้อนละลายมีความเสถียรทางเคมีในการเก็บรักษาเมื่อเปรียบเทียบกับกาวรีแอคทีฟของเหลว แต่ไม่สามารถต้านทานการเสื่อมสภาพได้ กลไกการย่อยสลายเบื้องต้นคือการออกซิเดชันของแกนหลักโพลีเมอร์ โดยเฉพาะในเกรด EVA ที่ไม่อิ่มตัว และการดูดซับความชื้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย TPU และโพลีเอไมด์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟิล์ม TPU มีคุณสมบัติดูดความชื้น โดยดูดซับความชื้นในบรรยากาศ ซึ่งเมื่อฟิล์มถูกให้ความร้อนสูงกว่า 100°C จะระเหยและสร้างฟองอากาศ ช่องว่าง และเส้นพันธะฟองที่อ่อนแอ ฟิล์ม TPU ที่ยังไม่เปิดและบรรจุด้วยสารกั้นความชื้นมีอายุการเก็บรักษาโดยทั่วไป 12 เดือนนับจากวันที่ผลิต . เมื่อเปิดแล้ว ควรใช้ฟิล์มภายใน 24 ถึง 48 ชั่วโมง เว้นแต่จะเก็บไว้ในตู้แห้งที่มีจุดน้ำค้างต่ำกว่า -30°C

ฟิล์มโพลีโอเลฟินส์มีความเสถียรในการเก็บรักษามากที่สุด ต้านทานทั้งการเกิดออกซิเดชันและการดูดซึมความชื้น ฟิล์มโพลีเอไมด์ต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดีแต่ดูดซับความชื้นได้ดีกว่า TPU ฟิล์มโพลีเอไมด์ที่สัมผัสกับความชื้นโดยรอบเป็นเวลาหนึ่งวันอาจมีน้ำเพียงพอที่จะทำให้เกิดฟองอย่างเห็นได้ชัดระหว่างการเปิดใช้งาน อบแห้งม้วนฟิล์มล่วงหน้าในเครื่องอบแห้งแบบดูดความชื้นที่ 60°C เป็นเวลา 4 ถึง 6 ชั่วโมง ก่อนการประมวลผลเป็นขั้นตอนมาตรฐานในการใช้งานที่มีความน่าเชื่อถือสูง เช่น การติดภายในรถยนต์ โดยที่ตะเข็บที่เสียหายถือเป็นการเรียกร้องการรับประกัน

วิธีทดสอบการประกันคุณภาพพันธบัตร

การตรวจสอบความถูกต้องของการยึดเกาะของฟิล์มร้อนละลายนั้นต้องการมากกว่าการทดสอบการลอกแบบอัตนัย การทดสอบต่อไปนี้ให้ข้อมูลเชิงปริมาณที่สามารถติดตามได้ทางสถิติในการผลิต

• การทดสอบการลอกแบบที (ASTM D1876): พื้นผิวที่ยึดติดจะถูกดึงออกจากกันในรูปแบบ T ที่ความเร็วครอสเฮดคงที่ 300 มม./นาที แรงเฉลี่ยเหนือระยะลอกจะถูกบันทึกเป็นความกว้าง N/25 มม. ค่าด้านบน 15 นิวตัน/25มม โดยทั่วไปถือว่าเป็นโครงสร้างสำหรับการใช้งานสิ่งทอ
• การทดสอบความต้านทานแรงเฉือน (ASTM D3163): ข้อต่อตักเดียวถูกดึงด้วยความตึงเครียด เป็นการวัดความแข็งแรงในการยึดเกาะของกาว โดยทั่วไปฟิล์ม EVA จะล้มเหลวระหว่าง 2 ถึง 5 MPa ในขณะที่ฟิล์ม TPU สามารถเกิน 10 MPa บนพื้นผิวโลหะที่เตรียมไว้
• การทดสอบความทนทานต่อการซัก (ISO 6330): ตัวอย่างสิ่งทอที่ถูกผูกมัดจะต้องผ่านรอบการซักภายในประเทศซ้ำๆ ที่อุณหภูมิที่กำหนด วัดความแข็งแรงของการลอกก่อนซักและหลัง 5, 10, 20 และ 40 รอบ เทปตะเข็บ TPU ที่มีคุณภาพควรคงไว้ อย่างน้อย 80% ของความแข็งแรงลอกเริ่มต้นหลังจากการล้าง 40 ครั้งที่อุณหภูมิ 40°C .
• การทดสอบแรงดันอุทกสถิต (ISO 811): สำหรับเสื้อผ้าที่ปิดผนึกตะเข็บแบบกันน้ำ จะมีการจ่ายน้ำเป็นแถวไปที่ตะเข็บที่ปิดผนึก และบันทึกแรงดันที่น้ำซึมเข้าไป โดยทั่วไปผลการผ่านจะอยู่เหนือ แรงดันน้ำ 1,000 มม สำหรับชุดกันฝนทั่วไปและมากกว่า 5,000 มม. สำหรับชุดนอกประสิทธิภาพ

ความยั่งยืนและเทคโนโลยีเกิดใหม่

อุตสาหกรรมฟิล์มกาวร้อนละลายกำลังตอบสนองต่อแรงกดดันด้านกฎระเบียบเกี่ยวกับพลาสติกแบบใช้ครั้งเดียวและของเสียจากการฝังกลบด้วยการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีหลายประการ ฟิล์ม EVA ชีวภาพ ซึ่งส่วนประกอบเอทิลีนได้มาจากเอทานอลจากอ้อยแทนที่จะเป็นปิโตรเลียม ปัจจุบันมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดยมีคุณสมบัติเหมือนกับเกรดปิโตรเคมี ที่สำคัญกว่านั้น การพัฒนาฟิล์มกาวที่ซักล้างและลอกออกได้กำลังได้รับความสนใจในการรีไซเคิลสิ่งทอ ฟิล์มเหล่านี้เกาะติดกันอย่างแน่นหนาตลอดอายุการใช้งานของเสื้อผ้า แต่ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้สูญเสียการยึดเกาะเมื่อสัมผัสกับสภาวะที่กระตุ้นโดยเฉพาะ เช่น ค่า pH เฉพาะ อุณหภูมิที่พุ่งสูงกว่าอุณหภูมิซักปกติ หรือการอาบน้ำด้วยสารเคมี ทำให้ชั้นที่เกาะติดกันสามารถแยกออกจากกันเพื่อรีไซเคิลได้ แผนปฏิบัติการเศรษฐกิจแบบวงกลมของสหภาพยุโรปเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการวิจัยนี้ เนื่องจากในปัจจุบันลามิเนตสิ่งทอที่มีวัสดุหลายชนิดประสานกันนั้นไม่สามารถรีไซเคิลได้และมุ่งหน้าไปยังหลุมฝังกลบหรือการเผาขยะ