热熔胶组合物

文档序号:788820 发布日期:2021-04-09 浏览:37次 >En<

阅读说明:本技术 热熔胶组合物 (Hot melt adhesive composition ) 是由 约翰·格里特·简·德琼格 菲利普·理查兹 约翰内斯·彼得勒斯·韦尔默朗 于 2019-09-03 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种用于非织造制品的基于聚烯烃的热熔胶组合物,其包含至少一种聚烯烃聚合物、至少一种烃蜡和可选地抗氧化剂,其中所述烃蜡具有在75至110℃的范围内的凝固点,通过差示扫描量热法测定的200至235J/g的熔化热,并且是一种合成的费托蜡。(The present invention relates to a polyolefin-based hot melt adhesive composition for nonwoven articles comprising at least one polyolefin polymer, at least one hydrocarbon wax and optionally an antioxidant, wherein the hydrocarbon wax has a freezing point in the range of 75 to 110 ℃, a heat of fusion as determined by differential scanning calorimetry of 200 to 235J/g and is a synthetic fischer-tropsch wax.)

热熔胶组合物

技术领域

本发明涉及热熔胶组合物。本发明提供了一种基于聚烯烃的热熔胶组合物,特别用于生产非织造制品,如特别是非织造层压制品。本发明还提供了一种使用所述组合物生产并因此包含所述组合物的非织造层压制品,生产所述组合物和所述非织造层压制品的方法,以及所述组合物在生产非织造层压制品中的用途。

背景技术和本发明目的的描述

胶粘剂通常是指涂在两个单独物品(“被粘物”)的一个表面或两个表面上的物质,将它们粘合在一起,并通过在物品之间形成粘合力来抵抗它们的分离。形容词可以与“胶粘剂”一词结合使用,以基于特定胶粘剂的物理或化学形式,所连接的材料的类型或施用胶粘剂的条件来描述性质。

例如,通过施加轻压力,压敏胶(Pressure sensitive adhesives,PSA)使胶粘剂与被粘物结合而形成粘结物。它们被设计成在流动和流动阻力之间具有平衡。粘结物形成,是因为胶粘剂足够柔软,以致于可以流动至(即“润湿”)被粘物。粘结物具有强度,是因为当应力施加于粘结物时,胶粘剂足够坚硬,以抵抗流动。一旦胶粘剂和被粘物接近,分子间相互作用(如范德华力)就参与了粘结,这显著地有助于其最终强度。PSA被设计用于永久性或可移除性施用。永久性施用的例子包括电力设备的安全标签,用于加热、通风和空气调节管道工作的箔胶带,汽车内部装饰组件以及声音/振动阻尼膜。

某些高性能永久性PSA表现出高的粘附值,并且即使在高温下也能够支撑每平方厘米接触面积的千克重量。永久性PSA最初可以是可移除的(例如,以回收贴错标签的商品),并在数小时或数天后建立对永久性粘结的粘附。

热熔胶(Hot melt adhesive,HMA)是另一种胶粘剂,并且是100%非挥发性固体热塑性塑料。在施用过程中,将热熔胶施用到至少一种要在高温下(优选在65-180℃的范围内)以熔化状态粘结的基材上,使其与其它基材接触,然后冷却固化。随后,它在这些基材之间形成牢固的粘结。这种几乎瞬时的粘结使热熔胶成为自动化操作的极佳候选者。在热熔胶最常见的这些应用中包括非织造结构(如非织造层压制品)的粘结。典型的热熔胶由基础聚合物,稀释蜡或油,增粘剂,稳定剂和可选的填料组成。基于乙烯-乙酸乙烯酯聚合物的热熔胶因它们易于使用以及它们可以加入各种常用材料而在工艺中特别受欢迎。苯乙烯类嵌段共聚物由于其双重特性,即苯乙烯相的与另一相的橡胶行为相关内聚性,而通常用于热熔胶中。它们还非常抵抗在非织造材料上的渗胶。

近年来,开发了用于胶粘剂的新型聚烯烃聚合物,这些新型聚烯烃聚合物开始取代传统的苯乙烯类嵌段共聚物,特别是在非织造应用中。在热熔胶的制剂中已经使用了许多不同的烯烃聚合物。第一种是无定形聚丙烯(amorphous polypropylene,APP),它可以与各种增粘剂,增塑剂,蜡和填料结合使用,以生产用于各种最终用途的热熔胶(例如,来自伊士曼化学公司(金斯波特,田纳西州)的Eastoflex产品范围)。之后烯烃聚合物面世,其具有比原始APP聚合物改善得多的性能。这些被称为无定形聚α-烯烃(amorphous poly alphaolefin,APAO)。它们非常适用于例如尿布的生产(将非织造物粘结到聚乙烯上),但是它们不具备弹性连接应用所需的高温蠕变抗性水平,也无法使用传统的热熔应用设备很好地喷涂。

可以使用多种单体(如丙烯,乙烯和丁烯或多达C10的高烯烃)和Ziegler-Natta催化聚合或茂金属催化聚合来制备APAO。它们是具有宽分子量分布且具有非常低的结晶度(由熔化热低于30J/g表示)的无规聚合物。

遗憾的是,C4-C10α-烯烃可能非常昂贵,并且在聚合过程中也可能显示出有限的反应性。因此,已经开发出丙烯-乙烯共聚物,它是半结晶的(30-80J/g的热熔)并且包含结晶聚丙烯,以随着时间的推移提高共聚物的硬度和粘结强度。但是,由于乙烯含量太高而导致的较高的软化点或较差的粘合性能,它们的应用受到了限制。

在非织造工业中,热熔胶的高熔点或软化点是不希望的,因为将被粘结的基材非常薄并且对高温敏感。此外,在易喷涂性、性能和温度施加窗口方面,上述烯烃聚合物已不能与用于非织造HMA的苯乙烯类嵌段共聚物的特性相匹配。

因此,最近已开发出具有更精确定制性质的聚烯烃。此类性质的例子包括较窄的分子量分布或高含量的共聚单体,如1-丁烯或1-辛烯,以进一步降低结晶度并提供低密度聚合物。一方面,其可以通过链穿梭聚合(例如,来自陶氏化学公司(米德兰,密歇根州)的灌注产品范围)制得的包含硬链段(结晶的,低共聚单体含量)和软链段(无定形的,高共聚单体含量)的烯烃嵌段共聚物(OBC)获得,与类似密度的典型的茂金属无规聚合物相比,它给予聚合物好得多的高温耐受性和弹性。或者在另一方面,无定形聚丙烯均聚物(例如,来自出光兴产株式会社(东京,日本)的L-Modu产品范围),其不再是结晶的并由特定催化剂生产,这可控制聚合物的立构规整性,并显示出优异的喷涂性和粘结强度。

尽管某些OBC可能具有低的熔化热(低于30J/g),但因为聚合物的结构完全不同(即嵌段与无规)且特别地被制造为具有结晶区域,所以它们不能被认为是无定形的聚α-烯烃。

聚丙烯均聚物通常是全同立构的并且形成高结晶度和刚性结构;或是无规立构的,其导致无定形的外观。用典型的催化剂生产出半结晶的类无规结构,但使用上述新的催化剂体系,获得具有混合立体化学、低结晶度和柔软弹性性能的聚丙烯均聚物。

合适的市售丙烯聚合物可以以多种商品名获得,包括:例如,来自埃克森美孚化工公司(休斯顿,德克萨斯州)的VISTAMAXX系列商品名,包括VISTAMAXX 8880丙烯-乙烯共聚物,VISTAMAXX 8780丙烯-乙烯共聚物和VISTAMAXX 8380丙烯-乙烯共聚物;来自科莱恩国际有限公司(Muttenz,瑞士)的LICOCENE系列商品名,包括,例如,LICOCENE PP 1502 TP,PP1602 TP和PP 2602 TP丙烯-乙烯共聚物;来自伊士曼化学公司(金斯波特,田纳西州)的AERAFIN系列商品名,包括AERAFIN 17和AERAFIN 180丙烯-乙烯共聚物;来自出光兴产株式会社(日本)的L-MODU系列商品名,包括L-MODU S-400聚丙烯均聚物;以及来自LyondellBasell的KOATTRO系列商品名,包括KOATTRO PB M 1500M聚丁烯-1-乙烯共聚物。

还已知在热熔胶中结合不同的上述聚合物类型。由于它们的低结晶度,这种胶粘剂通常利用热熔制剂中常用的增塑剂和增粘剂表现出良好的相容性和长期热老化性能。但是它们也倾向于在施用后才缓慢发展出性能,导致敞开时间长,使其不适用于需要快速粘结的建筑应用。在使用诸如非织造布之类的多孔基材产生层压结构时,缓慢的凝固时间会导致胶粘剂的过度渗透,从而造成粘连,设备结垢,甚至损害最终制品的机械性能。它们也显示出差的长期性能,对体温下流动的抗性较小。随着时间的推移,它们还倾向于迁移并与胶粘剂分离,从而进一步影响该胶粘剂的强度和外观。

具有较高结晶度的聚合物共混物倾向于显示出较差的相容性并具有较低的粘性(tack)。已经使用无定形和结晶聚合物或半结晶嵌段共聚物的组合来克服这些问题,但是仍可显示出短得多的凝固时间。然后常常使用较高结晶度的材料,例如蜡,但也有明显的局限性,倾向于与其它胶粘剂组分具有差的相容性,导致受损的物理性能和长期稳定性问题,会降低热熔胶的浸润性和粘附性,并损害弹性结构(如非织造布)中使用的热熔胶所需的机械性能,例如伸长率。

一般而言,非织造布是由长纤维的片材或网状结构,任何性质或来源的连续长丝或短切纱线通过缠绕纤维或长丝化学地、机械地或热粘结在一起而制成的材料,并且包括在(但不绝对限制本发明目的的该术语的含义)由长纤维的片材或网状结构,任何性质或来源的连续长丝或短切纱线通过缠绕纤维或长丝化学地、机械地或热粘结在一起而制成的材料中,其中编织或针织除外。非织造布也可以通过许多不同的方法形成,包括例如,气流成网法(airlaid)、湿法成网法、纺粘法或熔喷法。纤维可被梳理(例如通过梳子梳理),以使其在特定方向上取向。纤网可以以任何方式粘结在一起,包括例如,水力缠绕,化学粘结,针刺或热粘结。通过湿磨法获得的毛毡不是非织造布。湿法成网是非织造布,只要它们包含:最少50%的具有等于或大于300的长径比的人造纤维或其它非植物来源的纤维,或最少30%的具有等于或大于600的长径比的人造纤维,以及0.40g/cm3的最大表观密度。如果复合结构的质量按照上述定义的至少50%的非织造布构成,或者如果非织造布组分起主要作用,则可将复合结构视为非织造布。非织造布可包含由一种或多种聚合物(例如,PET(聚对苯二甲酸乙二酯),PBT(聚对苯二甲酸丁二酯),聚酰胺,聚丙烯和聚乙烯),一种或多种天然纤维(例如,人造丝纤维素,棉纤维素,大麻和粘胶)或其组合制成的纤维。非织造材料可以是自弹性的。这可以通过将弹性纤维掺入非织造布中或通过掺入吸收的弹性材料以改善弹性来实现。本文所述的热熔胶,包括本发明所述的组合物,可以与弹性非织造布结合使用,以增强复合材料的弹性。替代地,基材中的一种可以是非织造的,另一种可以是聚合物膜。任何聚合物膜均可使用。

聚合物膜可以选自聚乙烯,聚丙烯,聚乙烯共聚物,聚丙烯共聚物和PET组成的组。

由于热熔胶的典型施加温度在150至200℃之间,并且上述非织造薄膜是热敏的,所以需要避免基材与胶粘剂施加喷嘴之间的直接接触。因此,在这种情况下,通常通过借助压缩空气将涂料从远处喷涂到基材上来施用胶粘剂。

在非织造物制品中,热熔胶将非织造材料与聚合物膜和弹性体组件粘结。使用热熔胶以线、薄膜或任何其它连续或离散形式粘结非织造材料和弹性体组分的层压结构在卫生用品中特别有用,例如一次性吸湿制品,如尿布,女性卫生制品,成人失禁装置,垫子,床垫,工业垫等。

粘结主要是指将液体基粘结剂施用至非织造纤维网。三组材料通常用作粘合剂,这些是丙烯酸酯聚合物和共聚物,苯乙烯-丁二烯共聚物和乙酸乙烯酯-乙烯共聚物。水基粘合剂体系是使用最广泛的,但粉状的胶粘剂;泡沫以及某些情况下有机溶剂溶液也可以使用。

存在许多施用粘合剂的方法。它可以通过浸渍、涂覆或喷涂均匀地施用,或间歇地施用,如在压印粘接中那样。当需要特定图案时,以及因功能原因而需要使大多数纤维不含粘合剂时,则使用压印粘接。

对热熔胶在非织造布例如尿布中的应用,该胶粘剂必须立即构建强度,以使得即使有力作用在胶粘剂粘结物,例如尿布的弹性线上,该胶粘剂也能够将制品保持在一起。胶粘剂必须能够抵抗弹性线的收缩力。同样重要的是,胶粘剂不会使非织造布渗胶。

否则,胶粘剂会存在于尿布生产线的辊或压缩部分上。必须实现下述之间的平衡:胶粘剂为了易于施用而具有的相对较低的粘度,施加后立即将基材保持在一起的内部强度的快速发展,和渗胶抗性。

层压制品或层压结构是多层的热塑性聚合物膜,其通过压制或熔融至少两层相同或不同的聚合物材料而被制成。在本说明书中,层压结构特别地包括至少一个非织造层,该非织造层已经通过胶粘剂(如本发明的胶粘剂组合物)将至少一个其它层粘结到其上,其中该至少一个其它层可包含非织造布,聚合物材料或它们的组合。

合适的增粘剂种类包括:芳香族、脂肪族和脂环族烃树脂,混合的芳香族和脂肪族改性烃树脂,芳香族改性的脂肪族烃树脂,以及其氢化形式;萜烯,改性萜烯,以及其氢化形式;天然松香,改性松香,松香酯,以及其氢化形式;低分子量聚乳酸;以及它们的组合。

有用的增粘剂可以以多种商品名在市场上购买到,包括:例如,来自埃克森美孚化工公司(休斯顿,德克萨斯州)的ESCOREZ系列商品名,包括,例如,ESCOREZ 1310LC,ESCOREZ5400,ESCOREZ 5637,ESCOREZ 5415;ESCOREZ 5600,ESCOREZ 5615和ESCOREZ 5690;来自伊士曼化学公司(金斯波特,田纳西州)的EASTOTAC系列商品名,包括,例如,EASTOTAC H-100R,EASTOTAC H-100L和EASTOTAC H130W;来自Cray Valley HSC(埃克斯顿,宾夕法尼亚州)的WINGTACK系列商品名,包括,例如,WINGTACK 86,WINGTACK EXTRA和WINGTACK 95;来自伊士曼化学公司(金斯波特,田纳西州)的PICCOTAC系列商品名,包括,例如,PICCOTAC8095和1115;来自Arkawa欧洲股份有限公司(德国)的ARKON系列商品名,包括,例如,ARKONP-125;来自伊士曼化学公司的REGALITE和REGALREZ系列商品名,包括,例如,REGALITE Rl125和REGALREZ 1126;以及来自Resinall公司(塞文,北卡罗来纳州)的RESINALL系列商品名,包括RESINALL R1030。

热熔胶可以进一步包含增塑剂,如加工油。加工油可包括:例如,矿物油,环烷油,石蜡油,芳烃油,蓖麻油,菜籽油,甘油三酸酯油或其组合。如本领域的技术人员会理解的那样,加工油还可包括通常在胶粘剂中使用的填充油(extender oil)。如果将胶粘剂用作生产胶带或标签的压敏胶或粘合非织造制品的胶粘剂,则在该胶粘剂中使用油可能是理想的。在某些实施方案中,胶粘剂可以不包含任何加工油。

也可以存在其它添加剂,如抗氧化剂,稳定剂,增塑剂,助粘剂,紫外线稳定剂,流变改性剂,腐蚀抑制剂,着色剂(例如颜料和染料),阻燃剂,成核剂或填料,如炭黑,碳酸钙,氧化钛,氧化锌或其组合

有用的抗氧化剂包括:例如,四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊四醇酯,2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚),亚磷酸酯(包括例如三(对壬基苯基)亚磷酸酯(TNPP)和双(2,4-二叔丁基苯基)4,4'-二亚苯基-二膦酸酯),二硬脂基-3,3'-硫代二丙酸酯(DST-DP),以及它们的组合。有用的抗氧化剂可以以多种商品名在市场上购买到,包括:例如,IRGANOX系列商品名,包括,例如,IRGANOX 1010,IRGANOX 565和IRGANOX 1076阻碍型酚类抗氧化剂,和IRGAFOS 168亚磷酸酯抗氧化剂,所有这些都可以从巴斯夫公司(弗伦翰公园,新泽西州)获得;以及乙基702 4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚),可从雅宝公司(巴吞鲁日,路易斯安那州)获得。

蜡可用作热熔胶中的成核剂,稀释剂或降粘剂。

作为成核剂,蜡改善HMA中聚合物材料的断裂伸长率。作为稀释剂,蜡促进润湿并降低胶粘剂制剂的(熔化)粘度,这可以降低成本并控制该胶粘剂的施用速度。从提高柔韧性以及由于粘度降低引起的可湿性提高的观点来看,蜡的含量是决定性的。

蜡通常被定义为化学组分,其具有高于40℃的滴熔点,在轻微压力下是可擦的,在20℃时可搓捏或难以脆化,由透明变成不透明,在40℃以上熔化而不会分解,并且通常在50-90℃之间熔化,在例外情况下会高达200℃,形成糊状物或凝胶,并且是不良的热和电的导体。

蜡可以根据各种标准进行分类,例如它们的来源。在此,蜡可分为两大类:天然蜡和合成蜡。天然蜡可进一步分为化石蜡(例如石油蜡)和非化石蜡(例如动物蜡和植物蜡)。石油蜡分为大晶蜡(石蜡)和微晶蜡(微蜡)。合成蜡可分为部分合成蜡(例如酰胺蜡)和全合成蜡(例如聚烯烃蜡和费托蜡)。

石蜡来自石油。它们是透明的,无气味的,并且可被精制以用于食品接触。它们包含一定范围的(主要)正烷烃和异烷烃以及一些环烷烃。原石蜡或粗石蜡(松散蜡)中含有大量的短链烷烃(“油”),其在进一步精制时被除去。可以获得石蜡的不同分布和质量。精制可包括脱油,蒸馏和氢化。

合成的费托蜡或源自合成气(CO和H2)到烷烃的催化费托合成的烃主要含有正烷烃,少量的支链烷烃,基本上不含环烷烃或杂质,例如硫或氮。作为回报,烯烃和含氧化合物(即,氧化的烃,例如醇,酯,酮和/或醛)的数量可以更高,并且不同于基于石油的蜡。

费托蜡通常可被分类为低熔点(20-45℃的凝固点),中熔点(45-70℃的凝固点)和高熔点(70-105℃的凝固点)。

合成蜡的另一来源为由烯烃单体的低聚/聚合,随后可能进行氢化而获得的产物。

烃蜡为根据以上定义的蜡,其主要包含烃。烃是仅由碳原子和氢原子组成的分子。如果没有另外提及,则正(n-)或直链的是指直链的并且脂肪族的,而i-,异-或支链的代表支链的并且脂肪族的。

US 20080081868公开了胶粘剂,其包含一种共聚物,其包含:至少80wt%的源自丙烯的单元和1-20wt%的源自至少一种C6至C10的α-烯烃的单元,其中,该胶粘剂可包含80wt%的上述无定形或半结晶聚合物和20wt%的至少一种蜡和官能化的聚烯烃,如凝固点在80到85℃之间的费托蜡(来自Sasol的C80)和马来酸酐改性的聚丙烯。这些胶粘剂显示出改善的凝固时间,粘度和剥离强度以及粘结性能,包括在-18℃时具有良好的低温粘结性能和高韧性。

US 8431642公开了利用聚烯烃的用于包装应用的HMA,所述聚烯烃包含至少50mol%的聚丙烯和至少一种蜡,所述蜡包括分子量等于或大于3000的线性聚乙烯蜡。凝固点为80℃的费托蜡(Sasolwax C80)被提及作为其它添加剂,但是该文献教导不要在要求保护的聚合物组合物中使用它,因为它提供了比公开的聚乙烯蜡更差的固化时间。

US 20150225622公开了具有软化点在90-115℃范围内的聚丙烯-乙烯共聚物以及当将热熔胶用于包装应用时可选的蜡(如费托蜡,例如来自Sasol的H1)的胶粘剂。

US 9334431公开了用于多孔基材上的热熔胶,包含:10-70wt%的聚丙烯均聚物,10-60wt%的第一增粘剂和0-65wt%的第二增粘剂,5-50wt%的增塑剂,0.1-5wt%的稳定剂或抗氧化剂和1-40wt%的蜡,熔化焓大于30J/g。提及的蜡是石蜡,例如软化点为66℃且熔化焓为187J/g的石蜡。仅包含这种低模量的聚丙烯均聚物的热熔胶的固化时间太慢并且渗胶的倾向很高。蜡提高固化速度,并能够通过自身重结晶来阻止渗胶或使聚合物成核以更快地结晶。它还可以蔓延到表面,以防止粘附到基材上。

WO 2016153663公开了具有特定的聚丙烯-聚乙烯共聚物,聚丙烯-α-烯烃共聚物或聚丙烯,增粘剂和可选的蜡或增塑剂的热熔胶。该共聚物的熔点小于90℃。

在US 20160130480中,公开了一种热熔胶组合物,其包括:至少40wt%的未改性的半结晶丙烯聚合物(包含至少50wt%的聚丙烯)和至少15wt%的两种未改性蜡(包括费托蜡)的组合。

US 20180002578公开了一种热熔胶组合物,包含至少35wt%的丙烯聚合物和乙烯-α-烯烃共聚物的聚合物混合物,以及18-37wt%的蜡组分,其熔点大于80℃,并且熔化热为至少200J/g。

在包含基于聚烯烃的聚合物的用于非织造布的胶粘剂中,需要发现硬度和软化点之间的理想平衡以由此产生出具有改善的特性的胶粘剂。此外,在降低成本或改善产品性能方面,有改进HMA的持续驱动力,例如低温实用性,增加施用速度,降低施用温度,降低涂覆重量,增加粘性(tack)等。

因此,存在一种需要:用于非织造布的基于聚烯烃的热熔胶制剂显示出快速的固化时间,机械性能和优异的长期老化性能的良好平衡,而对胶粘剂的老化、气味、颜色、粘连或喷涂图案没有显示出任何不利影响,并且具有优异的低温喷涂性,高剥离强度,而对非织造布没有渗胶作用。

可以通过用碘对涂有热熔胶的非织造制品进行染色(通过在碘晶体的存在下将其置于密闭室中24小时)来观察喷涂性和喷涂图案。该非织造制品将改变其颜色并且已施用胶粘剂的区域以及其图案变得可见。

可根据ASTM D 1876采用300mm/min的T-剥离试验在粘合的非织造层压制品上测定剥离强度。

可以通过将一克胶粘剂样品在40℃的容器中封闭24小时来测试胶粘剂制剂的气味,并在打开容器时让不同的人类个体受试者独立闻到该气味。

可以通过将少量胶粘剂样品在170℃的烘箱中加热并暴露在大气中72小时,然后目视检查颜色,来确定老化。如果样品的颜色在此处理过程中没有改变,则存在良好的抗老化性。可以通过将每个层压制品的三个100×100mm样品彼此叠置在50℃的烘箱中的玻璃板之间,并在其顶部上施加1kg压力24小时来测量粘连(blocking)。如果没有发生粘连,则在此处理之后,可以轻松地从玻璃板之间分别取出这三个样品。

用于表征热熔胶的另一个合适测试为动态力学分析(简称为DMA,也称为动力机械谱学)。它是一种用于研究和表征材料,尤其是聚合物的粘弹性行为的技术。施加正弦应力并测量材料中的应变,从而允许人们确定储能模量。样品的温度或应力的频率通常会变化,从而导致储能模量变化;该方法可用于找出材料的玻璃化转变温度,以及识别出与其它分子运动对应的转变。

在纯弹性材料中,应力和应变在同相中发生,使得其中一个的响应与另一个同时发生。在纯粘性材料中,应力和应变之间存在相位差,其中应变将应力滞后了90度(π/2弧度)的相位滞后。粘弹性材料表现出介于纯粘性和纯弹性材料之间的某些行为,在应变中显示出一些相位滞后。

粘弹性材料中的应力和应变可以使用以下表达式表示:

应变:ε=εosin(ωt)

应力:σ=σ0sin(ωt+δ)

其中

ω=2πf,其中,f是应变振荡的频率,t是时间,δ是应力和应变之间的相位滞后。

粘弹性材料中的储能模量和损耗模量测量存储的能量,其代表弹性部分;和作为热量而耗散的能量,其代表粘性部分。拉伸储能模量和损耗模量定义如下:

储能模量:E′=(σ00)cosδ

损耗模量:E″=(σ00)sinδ

类似地,定义了剪切储能模量G'和剪切损耗模量G”。G'反映了材料从变形中恢复或保留能量的稳定性,且因此它是材料的刚度/弹性的指示。G”反映了材料耗散能量的能力。

粘弹性材料的损耗模量和储能模量之比定义为tanδ(tanΔ),其提供了材料中阻尼的量度。tanδ也可以在向量空间中可视化为储能模量和损耗模量之间的相位角的切线。

拉伸:tanδ=E″/E′

剪切:tanδ=G″/G′

例如,tanδ大于1的材料将比tanδ小于1的材料显示出更多阻尼,即该材料比弹性更粘。tanδ大于1的材料显示出更多阻尼原因是因为材料的损耗模量大于储能模量,这意味着复数模量的耗能粘性组分决定了材料的行为。tanδ等于1的交叉点表示材料开始流动或开始发生结晶/凝胶化的温度。在此交叉点的温度也为材料的低温喷涂性提供了适当的指示。

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