Keo, băng keo từ lâu đã đóng vai trò không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp hiện đại, các vật liệu này giúp tạo ra các mối nối bền chắc mà không cần sử dụng đến các chốt cơ khí. Để đảm bảo keo, băng keo đáp ứng các tiêu chuẩn về hiệu suất, các bài test lực keo được áp dụng để đánh giá độ bền, độ lâu dài và độ tin cậy của chúng trong nhiều điều kiện khác nhau. Kết quả kiểm tra chính xác là yếu tố then chốt để lựa chọn loại keo, băng keo phù hợp và đánh giá tính hiệu quả của chúng cho từng ứng dụng cụ thể.
Tuy nhiên, việc test lực keo, băng keo không hề dễ dàng — nhiều bài test được thực hiện không đúng cách hoặc kết quả bị hiểu sai, dẫn đến các lựa chọn không phù hơp. Bài viết này giới thiệu một số phương pháp test lực keo, băng keo phổ biến nhất và một sốsai sót thường xảy ra.
1. Đo lực bóc tách băng keo (Peel Strength)
Kiểm tra độ bền lực tách là một phương pháp kiểm tra cơ học cơ bản được sử dụng để đo khả năng bám dính của mối nối. Phương pháp này đánh giá khả năng hoạt động của keo khi chịu lực kéo tách một bề mặt ra khỏi bề mặt khác, thường là một bề mặt linh hoạt (băng keo, film,…) và một bề mặt cứng (kim loại, nhựa,…).
Kết quả sẽ cung cấp thông số quan trọng về độ bám dính của keo dưới tác động của lực kéo và các điều kiện môi trường. Kiểm tra lực tách đo lường một số thông số chính, bao gồm:
- Lực tối đa ban đầu (Initial Peak Force): Lực tối đa quan sát được vào lúc bắt đầu quá trình tách
- Lực trung bình (Average Force): Lực cần thiết để tách lớp keo trên toàn bộ chiều dài mối nối
- Lực tách (Peel Strength): Lực trung bình trên mỗi đơn vị chiều rộng của mối nối keo (thường được ghi nhận bằng các đơn vị như lbs/in hoặc kN/m).
Tại sao cần kiểm tra lực tách:
Kiểm tra lực tách rất quan trọng trong việc đánh giá độ bền kín của các mối nối keo. Ví dụ, trong bao bì tiêu dùng, keo cần được thiết kế để dễ dàng bóc ra dưới tác động của lực thấp. Ngược lại, trong các ứng dụng ô tô, yêu cầu keo phải có khả năng chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt. Hiểu được cách các mối nối keo hoạt động trong ứng dụng sử dụng là điều cần thiết để các nhà sản xuất đảm bảo tính năng của sản phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lực tách:
- Góc tách (Peel Angle): Góc mà lực tách được áp dụng ảnh hưởng tới kết quả kiểm tra. Góc tách 90° hoặc 180° được sử dụng phổ biến nhất. Những thay đổi trong góc tách có thể gây ra sự dao động đáng kể trong độ bền lực tách.
- Tốc độ tải tách (Rate of Peel Loading): Tính nhớt đàn hồi (viscoelastic) của keo tạo ra những đặc tính khác nhau ở các tốc độ tách khác nhau. Ví dụ, tốc độ tách nhanh có thể dẫn đến hiệu suất keo khác so với tốc độ tách chậm, đặc biệt là đối với keo đàn hồi.
- Độ dày lớp keo (Adhesive Thickness): Độ dày lớp keo có thể ảnh hưởng lớn đến độ bền lực tách. Các lớp keo dày trong keo đàn hồi thường dẫn đến độ bền lực tách cao hơn, trong khi các lớp keo dày của keo cứng có thể làm giảm độ bền lực tách.
Tính chất bề mặt (Substrate Properties): Keo linh hoạt trên một bề mặt cứng có thể có đặc điểm khác với keo cứng trên bề mặt linh hoạt. Bề mặt thô hay mịn cũng có thể ảnh hưởng đến độ bám dính và tính nhất quán của bài kiểm tra.
Các phương pháp kiểm tra lực tách:
Có nhiều phương pháp kiểm tra lực tách được sử dụng tùy thuộc vào loại mối dán và kết quả mong muốn:
- Kiểm tra T-Peel (T-Peel Test): Được sử dụng cho hai bề mặt linh hoạt được dán với nhau, thường thấy trong bao bì sản phẩm tiêu dùng hoặc y tế. Trong bài kiểm tra này, hai bề mặt dán được kéo tách ở hai đầu bằng cách sử dụng kẹp lực kéo, tạo thành hình dạng chữ “T”.
Kiểm tra lực tách góc 90° (90° Peel Test): Phương pháp này thường được sử dụng để đánh giá độ bền của mối dán giữa một bề mặt linh hoạt và một bề mặt cứng. Bề mặt linh hoạt được kéo theo hướng lực kéo, trong khi bề mặt cứng được giữ cố định và di chuyển ngang, duy trì góc tách cố định 90°.
Kiểm tra lực tách góc 180° (180° Peel Test): Trong bài kiểm tra này, mẫu thử được dán vào một bề mặt cứng (thường là một tấm phẳng) và sau đó chịu lực kéo được áp dụng theo góc 180°.
Hệ thống và thiết bị kiểm tra lực tách:
Các bài kiểm tra lực tách thường được thực hiện trên máy kiểm tra đa năng, bao gồm khung thử, cảm biến lực (load cell), phần mềm phân tích dữ liệu và các kẹp và phụ kiện chuyên dụng cho từng bài test. Đối với các bài kiểm tra yêu cầu duy trì góc tách cố định, như bài kiểm tra lực tách 180° hoặc T-peel, các phụ kiện kiểm tra chuyên dụng sẽ được sử dụng để giữ nguyên góc tách trong suốt quá trình kiểm tra.
2. Kiểm tra độ bền lực kéo (Shear/Tensile Strength Test)
Bài test lực kéo song song (shear test) đo độ bền của mối dán dưới tác động của lực được áp dụng song song với bề mặt dán, trong khi kiểm tra lực kéo vuông góc (tensile test) đo khả năng chịu lực tác động vuông góc với bề mặt dán. Cả hai loại bài kiểm tra này đều rất quan trọng để hiểu cách các loại keo hoạt động dưới các loại áp lực khác nhau trong các mối nối cấu trúc và ứng dụng chịu tải.
Bài kiểm tra thực hiện bằng cách áp dụng lực kéo vào hai bề mặt dán cho đến khi lớp keo bị phá vỡ. Kết quả của bài kiểm tra cho thấy khả năng chống lại lực kéo của keo, độ bền và tính ổn định của mối nối.
Tầm quan trọng của việc kiểm tra lực kéo:
Các ngành công nghiệp như hàng không, ô tô và xây dựng phụ thuộc vào keo để tạo ra các mối nối có khả năng chịu được các lực kéo lớn trong quá trình vận hành. Các bài kiểm tra này đảm bảo rằng các mối dán đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và độ bền, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát chất lượng bằng cách phát hiện các sự không đồng nhất hoặc lỗi trong các lô sản xuất. Hiểu rõ về độ bền kéo cũng giúp lựa chọn keo phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra lực kéo:
- Vật liệu nền: Loại vật liệu, độ hoàn thiện bề mặt và độ cứng của các vật liệu được dán ảnh hưởng đến phân bố lực căng. Các bề mặt mịn, cứng hoặc đồng nhất có thể cho kết quả khác biệt so với các bề mặt thô ráp hoặc linh hoạt.
- Độ dày lớp keo: Các lớp keo mỏng thường cho độ bền lực kéo cao hơn vì chúng giảm độ linh hoạt và phân bổ tải trọng đều hơn.
- Tốc độ tải: Tốc độ tải nhanh hơn có thể dẫn đến các chế độ hỏng khác so với tốc độ chậm, đặc biệt đối với các loại keo viscoelastic.
- Diện tích mối dán: Diện tích mối dán lớn hơn có xu hướng phân bố lực, có thể dẫn đến độ bền cắt và độ bền kéo đo được cao hơn.
- Vùng mép: Các vùng mép tạo ra bởi keo dư thừa làm tăng chiều dài lớp chồng và giảm sự gián đoạn lực, giúp tăng cường độ bền trong các ứng dụng lực kéo.
Các phương pháp kiểm tra độ bền kéo:
- Kiểm tra lực kéo đơn (Single Shear Test): Trong bài kiểm tra này, một vật liệu nền sẽ chồng lên vật liệu nền khác, keo được tra giữa hai lớp để tạo thành mối nối chồng lên nhau. Kích thước lớp chồng có thể điều chỉnh tùy theo yêu cầu của bài kiểm tra. Phương pháp này thường được sử dụng để kiểm tra các mối nối chồng, vật liệu tấm và các loại đinh vít.
Kiểm tra lực kéo đôi (Double Shear Test): Trong bài kiểm tra này, keo được đặt giữa hai bề mặt vật liệu, với hai bên lớp keo chồng lên nhau tạo thành mối nối chồng đôi. Cấu trúc này phân bổ lực kéo đều hơn và cho phép khả năng chịu tải cao hơn so với bài kiểm tra lực kéo đơn. Phương pháp này phù hợp kiểm tra các loại bulông, thanh kim loại và các vật liệu dễ bị uốn cong trong bài kiểm tra lực kéo đơn.
Ngoài các bài kiểm tra lực kéo đơn và đôi, các phương pháp kiểm tra khác bao gồm kiểm tra chồng đôi, kiểm tra chồng vát và kiểm tra chồng có rãnh. Những phương pháp này, đặc biệt phù hợp với các cấu hình mối nối phức tạp.
Hệ thống và thiết bị kiểm tra độ bền lực kéo:
Các hệ thống kiểm tra độ bền lực kéo thường sử dụng máy kiểm tra lực keo đa năng, được trang bị các giá đỡ chuyên dụng, kẹp và cảm biến lực để đảm bảo đo lường chính xác và nhất quán. Phần mềm kiểm tra keo ghi lại dữ liệu lực-di chuyển, cung cấp các phép tính chính xác về độ bền kéo và độ bền cắt. Nếu cần hỗ trợ trong việc lựa chọn phương pháp thử nghiệm hoặc thiết bị phù hợp, hệ với chúng tôi để được tư vấn!
3. Kiểm tra lực dính và độ bền keo ban đầu (Tack and Green Strength Testing)
Kiểm tra lực dính và độ bền keo ban đầu đánh giá khả năng của keo trong việc tạo ra liên kết ngay lập tức (lực dính) và khả năng chịu tải trong giai đoạn đầu của quá trình đông cứng (độ bền keo ban đầu). Lực dính đo lường độ dính ban đầu của keo, điều này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu khả năng bám dính nhanh, trong khi độ bền keo ban đầu đo lường khả năng giữ các vật liệu lại với nhau dưới tải trọng trước khi keo hoàn toàn cứng lại.
Tìm hiểu về về “green strength” tại bài viết: Green strength là gì? Keo có độ bền trước khi đóng rắn
Tại sao cần kiểm tra lực dính và độ bền keo ban đầu:
Các kiểm tra lực dính và độ bền keo ban đầu rất quan trọng trong các ngành như đóng gói, xây dựng và ô tô, nơi yêu cầu keo phải giữ các bộ phận cố định trong quá trình lắp ráp hoặc khi keo đang trong quá trình đông cứng. Việc kiểm tra giúp đảm bảo keo đáp ứng yêu cầu về độ dính và độ chịu tải sớm, từ đó giảm thiểu lỗi lắp ráp, cải thiện hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến bài test lực dính và độ bền keo ban đầu:
- Thành phần keo: Độ bền keo ban đầu chủ yếu phụ thuộc vào công thức của keo. Các công thức khác nhau thể hiện mức độ lực dính và độ bền keo ban đầu khác nhau tùy vào thành phần hóa học của chúng.
- Đặc tính bề mặt: Kết cấu, độ xốp và độ sạch của bề mặt liên kết có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của keo.
- Lực tác động: Áp suất tiếp xúc, thời gian tiếp xúc và tốc độ tách cũng tác động đến kết quả kiểm tra độ bền keo ban đầu.
- Độ cứng cơ học: Độ cứng hay độ linh hoạt của các vật liệu liên kết.
- Điều kiện đóng rắn: Thời gian và điều kiện đóng rắn ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền keo ban đầu, vì các loại keo đóng rắn nhanh thường đạt được độ bền cao hơn trong giai đoạn đầu.
Các loại kiểm tra lực dính và độ bền keo ban đầu:
- Kiểm tra lực dính với quả bóng lăn (Rolling Ball Tack Test): Quả bóng được thả lăn trên bề mặt keo để đo khoảng cách mà nó lăn được, từ đó đánh giá độ dính của keo.
- Kiểm tra lực dính vòng (Loop Tack Test): Một vòng băng keo được dán lên bề mặt thử nghiệm và sau đó được kéo ra để đo lực cần thiết để tách vòng băng keo ra khỏi bề mặt. Kiểm tra này thường được sử dụng trong ngành bao bì và dán nhãn.
- Kiểm tra lực dính với đầu dò (Probe Tack Test): Một đầu dò được gắn vào bề mặt keo và sau đó kéo ra để đo lực cần thiết để phá vỡ liên kết. Phương pháp này phù hợp với các loại keo sử dụng trong điện tử và thiết bị y tế.
- Kiểm tra độ bền keo ban đầu với lực kéo (Shear Test for Green Strength): Bài test này đo khả năng của keo trong việc giữ hai bề mặt liên kết với nhau dưới lực kéo ở giai đoạn đầu của quá trình đóng rắn. Phương pháp này thường được sử dụng trong các ứng dụng liên kết cấu trúc.
4. Test lực va đập (Impact Test)
Bài kiểm tra lực va đập đo lường khả năng chịu các lực đột ngột của keo, bài test mô phỏng các điều kiện thực tế khi các mối nối chịu sốc hoặc áp lực nhanh. Kiểm tra này đo độ bền, khả năng chịu lực và sự chống nứt của keo dưới điều kiện tải trọng tốc độ cao.
Ứng dụng của bài kiểm tra lực va đập:
Kiểm tra lực va đập rất quan trọng đối với các ứng dụng mà keo phải chịu tải trọng bất ngờ hoặc rung động. Các ngành như ô tô, hàng không vũ trụ và điện tử tiêu dùng trong các tình huống va chạm, tai nạn hoặc rơi rớt. Kiểm tra này đảm bảo rằng các mối dán có thể hấp thụ và phân tán áp lực một cách hiệu quả, giảm nguy cơ hư hỏng và cải thiện độ an toàn cũng như hiệu suất của sản phẩm.
Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra lực va đập:
Công thức keo: Công thức hóa học của keo, bao gồm các tính chất dẻo đàn hồi, có ảnh hưởng lớn đến khả năng chống va đập của keo.
Vật liệu nền: Độ cứng, tính linh hoạt và năng lượng bề mặt của vật liệu được dán đóng vai trò quan trọng trong cách mối nối phản ứng với lực va đập.
Độ dày lớp keo: Lớp keo dày có thể hấp thụ nhiều năng lượng hơn nhưng cũng có thể gây ra các yếu điểm tùy thuộc vào loại keo sử dụng.
Điều kiện môi trường: Nhiệt độ và độ ẩm có thể làm thay đổi các tính chất của keo, ảnh hưởng đến hiệu suất của keo dưới tác động của lực va đập.
Tốc độ lực va đập: Tốc độ của lực va đập ảnh hưởng đến khả năng của keo trong việc hấp thụ năng lượng và chống lại sự gãy vỡ.
Các phương pháp kiểm tra va đập:
- Kiểm tra va đập với quả tạ rơi (Drop Weight Test): Một vật nặng được thả từ độ cao xác định xuống mối nối dán để đánh giá khả năng của keo trong việc hấp thụ và phân tán áp lực.
- Kiểm tra va đập bằng con lắc (Pendulum Impact Test): Một con lắc va vào mối nối dán với tốc độ kiểm soát để đo lường khả năng hấp thụ năng lượng. Thử nghiệm này thích hợp trong các ứng dụng nhạy cảm với va chạm.
- Kiểm tra va đập Charpy (Charpy Impact Test): Đo lường lực cần thiết để phá vỡ mối dán bằng cách sử dụng búa tác động vào mẫu thử theo chiều ngang.
- Kiểm tra va đập Izod (Izod Impact Test): Tương tự như kiểm tra Charpy, nhưng đo lực để làm gãy một mẫu thử đứng, được kẹp ở một đầu.
Hệ thống và thiết bị kiểm tra:
Các thành phần chính trong hệ thống kiểm tra va đập bao gồm máy thử va đập hoặc tháp rơi để áp dụng các va đập có kiểm soát, cảm biến để đo lường lực và khả năng hấp thụ lực, và các bộ kẹp mẫu thử để đảm bảo độ ổn định trong quá trình thử nghiệm. Máy quay tốc độ cao cũng được sử dụng để quan sát các cơ chế hỏng hóc,…
5. Test lực keo trong môi trường thực tế
Có lẽ, hơn bất kỳ phương pháp kiểm tra keo nào khác, kiểm tra trong môi trường sẽ bao gồm sự tương tác phức tạp của nhiều yếu tố. Kết quả đo lường lực ngắn hạn từ các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm thường không đủ để dự đoán đầy đủ hiệu quả của keo khi tiếp xúc liên tục với môi trường thực tế.
Kiểm tra môi trường đánh giá cách keo hoạt động dưới các điều kiện thay đổi như nhiệt độ, độ ẩm, tác động của tia UV và tiếp xúc với hóa chất. Ví dụ, sự kết hợp giữa nhiệt độ và độ ẩm có thể làm keo xuống cấp nhanh hơn nhiều so với từng tác nhân tác động riêng biệt, vì một tác nhân có thể làm tăng tốc độ phá hủy của tác nhân còn lại.
Kết luận
Test lực keo là bước phức tạp do có nhiều yếu tố tác động ảnh hưởng đến kết quả. Do vậy, thay vì tự kiểm tra lực keo, hiện nay có một số bên cung cấp dịch vụ kiểm tra lực keo chuyên nghiệp. Prostech với hệ thống phòng thí nghiệm đầy đủ trang thiết bị, vận hành bởi các kỹ sư giàu kinh nghiệm và các giải pháp kiểm tra được thiết kế riêng cho từng ứng dụng sẽ giúp đảm bảo các mối nối keo của bạn đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định. Hãy liên hệ với chúng tôi để nhận tư vấn!
