Nhiều người nghĩ rằng epoxy chỉ là một loại keo kết cấu hai thành phần bất kỳ (epoxy gần như trở thành thuật ngữ chung cho loại keo này) nhưng thực tế, đây là một hóa chất cụ thể. Khi nhắc đến keo dán hai thành phần sẽ có ba hóa chất chính - epoxy, acrylic và urethane - và mỗi hóa chất có những đặc điểm khác nhau.

Epoxy là hóa chất lâu đời nhất và trong nhiều trường hợp vẫn cho hiệu suất cao nhất. Epoxy đem lại hiệu suất chống mỏi và khả năng chống chịu môi trường tốt nhất khi gắn kết kim loại. Ngoài kim loại, epoxy cũng rất phù hợp để kết dính các vật liệu tổng hợp nhiệt như CFRP (polymer gia cố bằng sợi carbon) và cũng gắn kết thủy tinh, gốm sứ, gỗ và thậm chí một số loại cao su và nhựa nhiệt dẻo nhất định. Bí quyết để kết dính với epoxy là để khô keo ở nhiệt độ phòng, bạn cần có một bề mặt được xử lý tốt: bạn phải làm sạch bề mặt và có thể cần phải mài để có được kết dính chắc chắn. Epoxy cũng không khô keo nhanh như loại keo kết cấu hai thành phần thứ hai là acrylic.

Acrylic là nhóm keo kết cấu mới nhất và thể được coi là thân thiện với sản xuất vì ba lý do. Thứ nhất là trong một khoảng thời gian mở để thao tác nhất định, keo sẽ khô hoặc tạo độ chắc rất nhanh. Thứ hai, keo thường tương đối chịu được các bề mặt dầu, có nghĩa là giảm bớt công việc xử lý bề mặt vì có thể bạn không phải làm sạch dầu. Thứ ba, đây là chất kết dính nhựa nhiệt dẻo tốt, do đó bạn có thể tạo được độ chắc rất tốt trên nhựa nhiệt dẻo. Với một số acrylic nhất định, bạn thậm chí có thể kết dính các vật liệu polyolefin LSE mà không cần xử lý plasma hoặc sơn lót. Một số nhược điểm: acrylic không có hiệu quả chống chịu với môi trường hoặc chống mỏi như epoxy và cũng thường co lại nhiều hơn khi khô keo so với epoxy. Đó có thể là một vấn đề với một số loại thiết kế mối nối, đặc biệt là các mối nối bị hạn chế như trục của gậy đánh golf gắn vào đầu gậy.

Loại keo kết cấu thứ ba mà bạn thường thấy là urethane hai thành phần và loại keo này có đặc tính cũng giống như keo urethane một thành phần. Điểm khác biệt là vì có hai thành phần nên là dạng khô keo hóa học chứ không dựa trên độ ẩm, do đó bạn không gặp phải các vấn đề về độ sâu khô keo hoặc khô keo rất chậm như với keo làm kín urethane một thành phần. Urethane hai thành phần thường là keo kết cấu linh hoạt nhất và có tính cao su nhất, với nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh (Tg) thấp nhất, có nghĩa là sẽ duy trì độ chắc rất tốt ở nhiệt độ thấp nhưng không phù hợp lắm đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chắc ở nhiệt độ cao. Loại keo này thường không cho kết dính tuyệt vời trên các kim loại chưa xử lý hoặc đôi khi thậm chí là kim loại đã sơn lót. Urethane hai thành phần thường được sử dụng cho những vật liệu như nhựa, gỗ, vải và cao su.

Như bạn có thể thấy, mỗi một trong ba hóa chất chính này có những đặc điểm khác nhau, vì vậy điều quan trọng là phải thực sự hiểu ứng dụng của bạn cần gì để chọn đúng loại. Tại 3M, chúng tôi biết và bán tất cả các loại keo kết cấu và luôn cố gắng bắt đầu từ việc nói về các điều kiện sử dụng cuối cùng: nếu không bền lâu thì việc xây dựng sẽ chẳng có ý nghĩa gì. Chúng tôi sẽ hợp tác với bạn để tìm ra phạm vi sản phẩm phù hợp cho mục đích sử dụng cuối cùng của bạn, sau đó tìm hiểu về sản xuất và chỉ định một số loại keo bạn có thể muốn thử để thử nghiệm xác nhận.

Tài liệu kỹ thuật

Đây là một câu hỏi phổ biến và rất quan trọng - ví dụ: một nhà máy ngoài trời ở Georgia có thể trải qua những thay đổi theo mùa từ 40° F đến 104° F. Keo kết cấu phụ thuộc vào các phản ứng hóa học và những phản ứng đó phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó điều đầu tiên cần cân nhắc là nhiệt độ lạnh hơn sẽ khiến phản ứng chậm lại còn nhiệt độ ấm hơn sẽ đẩy nhanh tốc độ phản ứng.

Phương trình Arrhenius là một công thức để tính độ phụ thuộc vào nhiệt độ của một phản ứng. Nguyên tắc chung là mỗi khi nhiệt độ thay đổi 10 độ C thì tốc độ phản ứng sẽ tăng gấp đôi hoặc giảm một nửa. Lấy ví dụ keo có thời gian mở để thao tác là 20 phút ở 25°C hay nhiệt độ phòng. Nếu tăng nhiệt độ lên 35°C, thời gian mở để thao tác sẽ giảm một nửa, còn khoảng 10 phút. Ngược lại, nếu giảm nhiệt độ xuống 15°C, tổng thời gian mở để thao tác sẽ là gần 40 phút.

Không chỉ thời gian mở để thao tác mà phản ứng tổng thể cũng tiến triển tương tự. Nếu ở nhiệt độ phòng, phải mất hai giờ để đạt được độ bền ướt, còn ở nhiệt độ thấp hơn 10°C sẽ mất bốn giờ. Điều này không chỉ quan trọng đối với các hoạt động ngoài trời và thay đổi theo mùa: mà còn có thể được sử dụng để tác động đến sản xuất. Nếu muốn tăng thông lượng mà không giảm thời gian mở để thao tác, bạn có thể lắp ráp các bộ phận ở nhiệt độ phòng, sau đó di chuyển chúng đến nơi ấm hơn 10 hoặc 20 độ để tăng tốc độ khô keo. Trên thực tế, nếu trên 50°C các phản ứng thậm chí còn diễn ra nhanh hơn, do đó nếu bạn xem bản tin kỹ thuật về việc tăng tốc độ phản ứng của loại keo khô keo do nhiệt, khi đạt nhiệt độ trên 50°C, bạn có thể khô keo hoàn toàn các loại keo này mà nếu ở nhiệt độ phòng phải mất vài giờ.

This is a question we often get from customers that doesn’t have a good, clean answer because it depends. There isn’t a single number to provide, and there are a few things that you should consider when you think about temperature exposure.

How cured is the adhesive?
If the adhesive has just reached handling strength or is still somewhat liquid, temperature exposure will do something different than if it's fully cured three weeks or six months after you assembled it.

What is the absolute magnitude of temperature that will be seen in the application?
How high is the high and how low is the low? This helps understand whether there will be any thermal degradation issues due to the adhesive reaching those extremes.

How long does the assembly see those temperature extremes and every point in between?
If a part sees an absolute high of 150°C, it makes a difference whether it sees that high for five minutes or five weeks, so you have to think about total temperature exposure and any degradation effects based on that. Frequency is also relevant: how often does the part move to the temperature extremes? An outdoor application in the desert that cycles every 24 hours between 40°F (4.44 °C) at night and 115°F (46.11 °C) during the day is very different from something that sees the same extremes but for months at a time with a year-long cycle.

What is the actual load being applied to the adhesive while it’s exposed to the temperature?
This last question may be the most important. Even if the adhesive doesn’t suffer from thermal degradation, it’s still a polymer and will undergo physical changes. Specifically, as temperature increases past a certain point (the Glass Transition Temperature) it will go from a glassy rigid state through a transition to a softer, rubbery state. Physical properties of the adhesive will change as it warms and cools through the transition stage, including rigidity, thermal expansion coefficient and heat capacity, among others, and this can affect the load-bearing ability of the adhesive.

Không có câu trả lời hiển nhiên nào về cách xử lý chất nền bất kỳ cho keo nếu không biết thêm thông tin. Các chất nền và keo có lẽ là câu hỏi phức tạp nhất vì phụ thuộc rất lớn vào mọi thứ khác mà bạn cần: các yêu cầu về hiệu suất tổng thể của keo sẽ được chọn dựa trên nhiệt độ, điều kiện môi trường, độ chắc tổng thể cần thiết và các điều kiện xử lý như tốc độ khô keo cần thiết. Có cần xử lý chất nền không và xử lý như thế nào phụ thuộc rất nhiều vào loại keo bạn chọn và ngay cả trong chính các chất nền cũng có nhiều loại khác nhau: không phải tất cả nhựa ABS đều là nhựa ABS, vì vậy có lẽ không thể đưa ra tuyên bố khống về cách xử lý bề mặt đó.

Mặc dù vậy, có bốn nhóm chất nền chung và thậm chí trong các nhóm đó có các chất hóa học keo khác nhau kết dính với nhau.

Kim loại có năng lượng bề mặt rất cao, do đó nếu bề mặt sạch và khô thì keo sẽ dễ bị ướt nhưng không phải tất cả các kim loại đều giống nhau. Ví dụ: nhôm so với đồng. Nhôm là một kim loại thụ động (không hoạt động) và khá trơ, trong khi đồng là kim loại hoạt động sẽ liên tục bị mòn, do đó ngay cả khi cân nhắc xử lý bề mặt, bạn cần cân nhắc liệu sẽ có tình trạng xuống cấp theo thời gian do ăn mòn không.

Các vật liệu truyền thống là những vật liệu như thủy tinh, gỗ, da và bê tông. Các vật liệu này có khoảng năng lượng bề mặt trung bình nhưng mỗi vật liệu thường có yếu tố riêng nào đó phải được xem xét. Sự gồ ghề là một ví dụ. Một ví dụ khác là da tự nhiên có chứa dầu từ quá trình thuộc da - theo thời gian lượng dầu này có thể thấm vào keo, làm dẻo keo và kết dính bị xuống cấp. Thủy phân thủy tinh có nghĩa là sự xâm nhập của độ ẩm dễ bị ảnh hưởng khi bạn gắn kết thủy tinh để đảm bảo không bị xuống cấp.

Nhựa kỹ thuật là các loại nhựa có hiệu suất năng lượng bề mặt cao hơn như acrylic, polycarbonate, ABS và vật liệu tổng hợp epoxy-keo resin. Những vật liệu này thực sự độc đáo vì kết dính không chỉ ở năng lượng bề mặt - keo có thể bị ướt trên bề mặt nhưng khả năng kết dính cũng sẽ chịu ảnh hưởng bởi độ kết tinh và độ phân cực của nhựa. Một vật liệu như nylon có năng lượng bề mặt khá cao nhưng rất trong và không phân cực lắm. Khi bạn xem xét một số cơ chế bám dính, nhiều loại keo có thể kết dính ban đầu nhưng sau đó theo thời gian, keo sẽ không hiệu quả trừ khi bạn xử lý bề mặt nghiêm ngặt hơn.

Nhựa Năng lượng bề mặt thấp (nhựa LSE) là các loại nhựa thương phẩm như polypropylene, polyethylene và cũng là các loại nhựa có năng lượng bề mặt thực sự thấp như nhựa chứa flo và silicone. Polyolefin và nhựa LSE cũng là một loại riêng trong nhóm vì bạn sẽ cần sử dụng lớp sơn lót hoặc xử lý corona theo kiểu nào đó hoặc sử dụng một loại keo chuyên dụng được thiết kế để thẩm thấu vào loại nhựa này và tạo ra kết dính với polymer của chính chất nền đó.

Tất cả những biến số đó cho thấy vì sao không có câu trả lời dễ dàng và bạn thường vẫn cần phải thử nghiệm và tạo mẫu để đảm bảo keo có hiệu quả trong quy trình của mình. Nơi đầu tiên phù hợp để xem thông tin về chất nền là các trang về Kết dính và lắp ráp và Gắn kết vật liệu trên 3M.com, với thông tin cơ bản bao quát hơn về những chủ đề này.

Một gợi ý thứ hai là xem xét các trang dữ liệu kỹ thuật về các loại keo mà bạn đang xem vì chúng cho thấy độ bám dính với nhiều chất nền khác nhau. Các trang này thường cho biết hai điều: một con số thể hiện độ chắc khi phải chịu ứng suất tính bằng đơn vị pound trên mỗi inch vuông/psi hoặc megaPascals/MPa (đối với trượt kéo bám dính) hoặc pound mỗi inch (đối với bóc tách) và kiểu sự cố. Kiểu sự cố của sự cố kết dính có nghĩa là keo được thử nghiệm trong các điều kiện được liệt kê vẫn duy trì kết dính với cả hai chất nền sau khi bị kéo đến hỏng: chính keo gặp sự cố chứ không phải là kết dính. Sự cố của keo cho thấy keo bị kéo ra khỏi một trong các chất nền. Nhờ đó có thể đưa ra hướng dẫn sơ bộ về việc liệu một loại keo có thể phù hợp hay không và có nên giữ lại trong nhóm cân nhắc của bạn hay không.

Phương án thứ ba nếu bạn đã nghĩ đến một chất nền cụ thể hoặc có câu hỏi về một chất phụ gia có thể di chuyển vào keo là liên hệ với 3M. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi có thể xem xét tình hình hiện tại và thực hiện yêu cầu dịch vụ kỹ thuật để cố gắng giúp bạn hiểu loại keo nào có thể là phương án tốt hơn trong suốt thời gian sử dụng của phần đó.

Xem video trên đây để xem minh họa cách cho keo và sử dụng Dụng cụ trét 3M™ EPX hoặc nhấp vào liên kết Bản tin kỹ thuật bên dưới để xem hướng dẫn bằng văn bản.

Mọi người đều thích tải xuống tài liệu kỹ thuật từ trang web, xem tất cả các số liệu và hy vọng nhờ đó sẽ giải thích những gì đang xảy ra nhưng điều đó không quá đúng. Tài liệu kỹ thuật là để giúp so sánh các sản phẩm với nhau nhưng không đảm bảo hiệu suất nhất định trong ứng dụng của bạn.

Để so sánh các loại keo, 3M tiến hành thử nghiệm rất chuẩn. Nội dung phổ biến nhất bạn sẽ thấy trên một bảng dữ liệu thường là tiêu chuẩn ASTM D-1002 về độ bền trượt kéo bám dính. Đây là thử nghiệm rất chuẩn, có thể được thực hiện trên nhiều loại vật liệu. Thử nghiệm này giúp chúng tôi xem xét sản phẩm bám dính tốt đến mức nào với bề mặt của vật liệu đó, cần xử lý bề mặt như thế nào và thậm chí nhiệt độ khác nhau sẽ ảnh hưởng như thế nào đến kết dính. Thử nghiệm bóc tách là một tập hợp phổ biến khác gồm các số liệu về thông tin có liên quan khi chịu một loại ứng suất khác.

Nội dung tiếp theo bạn sẽ thấy trên bảng dữ liệu là một số đặc điểm vốn có của chính sản phẩm, bao gồm những đặc điểm như thời gian mở để thao tác, thời gian khô keo, đặc tính nhớt, độ cứng và độ giãn nở. Những đặc điểm này giúp thu hẹp lựa chọn của bạn và quyết định lập mô hình những sản phẩm nào để xem hiệu quả của chúng trong ứng dụng của bạn. Một lần nữa, đây là những đặc tính cơ bản của chính keo, do đó bạn có thể so sánh, ví dụ như các mức độ xử lý bề mặt khác nhau với một loại keo cụ thể. Việc này không đảm bảo hiệu suất trong thiết kế của bạn, vì vậy điều tiếp theo bạn cần làm là thử nghiệm xác nhận.   

Ngoài bảng dữ liệu, 3M cũng sẽ tiến hành thử nghiệm cụ thể miễn phí cho bạn. Nếu bạn có một loại nhựa hoặc sơn bất thường và cần biết loại keo nào là tốt nhất, cần xử lý bề mặt như thế nào hoặc khô keo cần bao nhiêu thời gian, chúng tôi có thể giúp bạn tìm hiểu. Chúng tôi sẽ tiến hành thử nghiệm chuẩn hóa miễn phí để thu hẹp phạm vi các loại keo mà bạn cần xem xét cho thử nghiệm xác thực của riêng bạn.

Độ nhớt là số liệu bạn thấy trên các bảng dữ liệu nhưng không thực sự tạo nên đặc trưng cho keo - đó là lý do vì sao số liệu này có thể gây nhầm lẫn. Các loại keo này có đặc tính phi Newton, đơn giản có nghĩa là độ nhớt biểu kiến của chúng hay cách chảy của chúng phụ thuộc vào ứng suất trượt kéo mà bạn áp lên chúng. Hãy nghĩ về kem đánh bông: Bạn có thể khuấy kem dễ dàng nhưng khi bạn đặt một khối kem lên bánh thì khối kem không bị chảy xuống. Đó là một ví dụ về đặc tính phi Newton và đó là đặc tính của tất cả các loại keo hai thành phần.

Bạn không thể chỉ nhìn vào số liệu về độ nhớt trên bảng dữ liệu và hiểu hết tình hình, đó là lý do vì sao đặc trưng của các loại keo được thể hiện qua các thuật ngữ như không chảy hoặc tự cân bằng. Keo không chảy là keo mà khi chỉ chịu các ứng suất liên quan đến trọng lực thì thường không bị sụt, chảy giọt hoặc trượt - mà vẫn giữ nguyên vị trí bạn đã đặt, như một khối kem đánh bông. Mặt khác, sản phẩm tự cân bằng sẽ làm mịn và san phẳng để tạo thành một bề mặt phẳng đẹp, có thể hữu ích cho các ứng dụng như bọc kín.

Sản phẩm này được sử dụng nhiều trong phân phối số lượng lớn và bạn cần hiểu cả hai loại có đặc tính như thế nào. Thông thường, bạn cần một đường cong lưu biến để xem xét đặc tính độ nhớt so với tốc độ trượt kéo. Một yếu tố khác cần lưu ý là tất cả điều này phụ thuộc vào nhiệt độ. Một ví dụ tương tự khác trong thực phẩm là mật ong: mật ong rất đặc khi lạnh nhưng nếu bạn cho vào lò vi sóng thì mật ong sẽ chảy hơn nhiều. Điều tương tự cũng áp dụng cho keo: bạn có thể quen với các đặc tính của keo trong mùa đông nhưng sau đó đổi mùa nhà máy sản xuất của bạn ấm hơn 20 độ, do đó keo có thể chảy hơn nhiều so với dự kiến.

Yếu tố thứ ba ảnh hưởng đến độ nhớt biểu kiến hay độ chảy của keo là phản ứng. Với các keo dán hai thành phần, khi hai phần tiếp xúc trong đầu trộn keo, chúng sẽ bắt đầu phản ứng. Trong lúc đó, hai thành phần sẽ tạo gel và tạo độ nhớt, do đó cần nhiều lực hơn để khiến hai thành phần này chảy qua đầu trộn keo. Điều đó có thể trở thành một vấn đề thực sự, đặc biệt nếu bạn phân phối số lượng nhỏ trên mỗi phần của keo khô keo nhanh.

Phải tính đến tất cả những khả năng đó khi bạn chỉ định loại keo nào sẽ hiệu quả nhất cho một ứng dụng và bạn sẽ phân phối vật liệu như thế nào.

Tóm lại, ba điều bạn muốn xem xét là độ nhớt so với tốc độ trượt kéo và có phù hợp với những gì bạn cần cho ứng dụng của mình hay không, nhiệt độ bạn cần quan tâm khi phân phối sản phẩm và tốc độ khô keo so với khối lượng được phân phối cho mỗi phần để đảm bảo keo không khô keo quá nhanh đến mức liên tục tích tụ vật liệu dạng keo trong đầu trộn keo.