Technologia wytwarzania samoprzylepnych taśm konstrukcyjnych

  • 23.09.2015
  • 5053
  • Źródło: RCIiTT ZUT w Szczecinie

Przedmiotem planowanej komercjalizacji jest technologia wytwarzania samoprzylepnych taśm konstrukcyjnych oraz jej produkt tj. samoprzylepna taśma konstrukcyjna (STS). Wspomniana technologia dotyczy otrzymywania nowego typu klejów konstrukcyjnych w postaci dwustronnie klejących taśm samoprzylepnych.

Przedmiot komercjalizacji wywodzi się z technologii chemicznej (technologii polimerów/technologii klejów). Samoprzylepne taśmy konstrukcyjne można zaliczyć do nowego typu klejów konstrukcyjnych (czyli spoiw o wysokich właściwościach wytrzymałościowych) ze względu na postać użytkową produktu (tj. taśma dwustronnie klejąca o określonej grubości), a także jego właściwości (wysoka adhezja do klejonych podłoży przed utwardzeniem).
Produkty te przeznaczone są do trwałego łączenia elementów metalowych (głównie stalowych i aluminiowych) oraz szklanych poprzez wygrzewanie złączy w podwyższonej temperaturze. W ramach dotychczasowych prac badawczych nad technologią STS opracowano skład kompozycji klejowej do wytwarzania taśm konstrukcyjnych (w tym sposób syntezy oryginalnego kopolimeru epoksyakrylanowego zdolnego do fotosieciowania) oraz nową metodę sieciowania filmów klejowych w celu nadania im właściwości samoprzylepnych. Dodatkowo określono optymalne warunki utwardzania STS w zależności od grubości filmu klejowego, dodatku utwardzacza utajonego, sposobu przygotowania powierzchni do klejenia oraz temperatury i czasu utwardzania. W wyniku prac badawczych powstały cztery taśmy STS, różniące się grubością.

Opracowane STS charakteryzują się:
- wysoką adhezją do podłoży stalowych, aluminiowych i szklanych (powyżej 10 N);
- długim okresem przydatności do użycia (do 6 miesięcy przy przechowywaniu w temperaturze pokojowej), wyroby konkurencji wymagają magazynowania w temperaturze obniżonej (trwałość do 6 miesięcy przy ok. 4°C), natomiast w temperaturze pokojowej można je przechowywać przez 3  miesiące;
- łagodnymi warunkami utwardzania termicznego (140°C przez 10-15 minut);
- wytrzymałością na ścinanie utwardzonych połączeń powyżej 7 MPa (tj. powyżej minimalnej wartości wymaganej dla klejów konstrukcyjnych, wyznaczonej wg standardów amerykańskich wg metody ASTM-1002-94)

Ponadto opracowane STS są przeźroczyste (produkty konkurencyjne są czarne lub białe) przez co mogą mieć szersze zastosowanie niż wyroby konkurencji, np. w przemyśle szklarskim (produkcja szyb dla branży samochodowej oraz budowlanej). Opracowane taśmy są także cieńsze niż znane produkty konkurencyjne, przez co mogą być tańsze i znaleźć nowe kierunki aplikacji.

Opracowane dotychczas cztery samoprzylepne taśmy konstrukcyjne (STS) są produktami gotowymi do wdrożenia. Ponieważ opracowana kompozycja klejowa jest wieloskładnikową mieszaniną, zaplanowano dobrać zamienniki dla czterech komercyjnych składników kompozycji (oprócz wspomnianego oryginalnego kopolimeru epoksyakrylanowego). Dotychczas zostały dobrane warunki utwardzania STS w połączeniach metal-metal (aluminium i stal) oraz szkło-szkło. Ze względu na oczekiwania potencjalnych odbiorców STS, zaplanowano przeprowadzenie badania efektywności komercyjnych promotorów adhezji stosowanych do powierzchni metalowych, piaskowanych przed aplikacją STS. W ramach bezpośrednich prac przedwdrożeniowych wykonano syntezy kopolimeru epoksyakrylanowego w skali przemysłowej.

Prezentowana technologia charakteryzuje się innowacyjnością w dwóch aspektach, tj. innowacją produktową oraz technologiczną.
W zakresie tej pierwszej należy wspomnieć, iż w Polsce żadna z firm nie zajmuje się produkcją tak specjalistycznych i nowatorskich klejów jakimi są samoprzylepne taśmy konstrukcyjne STS. Na świecie natomiast jest jeden producent tego typu klejów, tj. amerykański koncern 3M, jednak docelowo przeznaczone są one wyłącznie dla przemysłu samochodowego (znajdują zastosowanie do mocowania lusterek wstecznych do szyby samochodu). Konwencjonalne kleje konstrukcyjne stosowane do trwałego łączenia elementów metalowych czy szklanych dostępne są pod postacią kompozycji jedno- lub dwuskładnikowych lub też past. Konsystencja tych spoiw nie pozwala na uzyskanie równomiernej grubości spoiny (albo przynajmniej utrudnia to).

W praktyce stosowanie tradycyjnych klejów konstrukcyjnych wiąże się często z pewnymi ograniczeniami i wadami produktów, takich jak:
- krótki czas życia w temperaturze pokojowej;
- wysoka temperatura utwardzania, która uniemożliwia łączenie niektórych elementów, np. tworzyw sztucznych z metalami;
- brak możliwości uzyskania w prosty sposób spoiny o jednakowej grubości,
- konieczność stosowania specjalnych aplikatorów i/lub narzędzi pomocniczych (np. do ściskania elementów klejowych produktami, które w pierwszej fazie łączenia są jeszcze płynne), co komplikuje cały proces, a ponadto wymaga precyzji i szybkości pracy;
- uciążliwe dla pracowników warunki aplikacji i utwardzania złączy.

Opracowane kleje STS pozbawione są wspomnianych niedogodności i charakteryzują się:
- długim czasem życia (do 6 miesięcy w temp. pokojowej);
- stosunkowo łagodnymi warunkami utwardzania (140°C przez 10-15 minut);
- grubością od 25 μm do 100 μm;
- możliwością aplikacji bez konieczności użycia specjalnych narzędzi;
- brakiem rozpuszczalników organicznych w trakcie aplikacji kleju.

Technologia STS jest unikatowa ze względu na zastosowanie oryginalnego kopolimeru epoksyakrylanowego (opracowanego w ZUT w Szczecinie) oraz sieciowania promieniowaniem ultrafioletowym filmów klejowych bezpośrednio po etapie odparowania rozpuszczalnika (na świecie stosuje się sieciowanie UV tylko w odniesieniu do systemów bezrozpuszczalnikowych, znacznie droższych od opisywanego). W składzie STS jest zawarty również unikatowy komponent produkcji krajowej i jak dotąd nie znaleziono jego odpowiednika zagranicznego. Wspomniany składnik wpływa korzystnie na właściwości końcowe produktu, a także na stosunkowo niski koszt jego wytwarzania.

Kleje STS mogą znaleźć zastosowanie do łączenia elementów metalowych (aluminiowych, stalowych miedzianych) oraz szklanych i szklano-metalowych w przemyśle samochodowym, lotniczym, stoczniowym/jachtowym, kolejowym, meblarskim, a także w przemyśle szklarskim (produkcja szyb dla branży samochodowej oraz budowlanej), jako alternatywa dla konwencjonalnych technik spajania tj. zgrzewania, spawania, lutowania czy łączenia typowymi klejami konstrukcyjnymi. Jednym z możliwych kierunków wykorzystania nowego produktu jest krajowy rynek jachtowy, który wykorzystuje konwencjonalne kleje konstrukcyjne produkcji zagranicznej. Ta gałąź przemysłu jest jedną z najprężniej rozwijających się obecnie w Polsce. Roczna produkcja jachtów i łódek wynosi ponad 6000 sztuk rocznie, a branża producentów obejmuje już ponad 1000 podmiotów. Nowy produkt mógłby z powodzeniem znaleźć zastosowanie w rodzimej produkcji pojazdów szynowych. Polska produkcja tego typu pojazdów wynosi już ponad 2000 pojazdów rocznie.

Najważniejszą korzyścią z zastosowania klejów STS w branży samochodowej, lotniczej, jachtowej, szklarskiej, meblarskiej czy taboru szynowego jest możliwość uzyskania trwałych, wysokowytrzymałych i estetycznych połączeń elementów metalowych oraz szklanych w sposób prosty, bezpieczny pod względem użytkowania i magazynowania, bez konieczności stosowania wieloetapowych operacji technologicznych.
Na podstawie przeprowadzonych analiz założono, że taśmy STS będą tańsze niż bezpośrednie wyroby konkurencyjne i znalazłyby się na średniej półce cenowej wśród klejów specjalistycznych. Wprowadzenie na rynek opisywanego rozwiązania nie wpłynie więc na wzrost kosztów wykonania trwałych połączeń w porównaniu do klasycznych klejów ciekłych.

Preferowaną formą komercjalizacji jest sprzedaż technologii STS lub zawarcie umowy licencyjnej.

Dr inż. Agnieszka Kowalczyk
Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej
Instytut Technologii Chemicznej Organicznej
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

8

Projekt współfinansowany z programu "Inkubator Innowacyjności" realizowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach projektu systemowego "Wsparcie systemu zarządzania badaniami naukowymi oraz ich wynikami", Priorytet I, Działanie 1.1., Poddziałanie 1.1.3. Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, 2007-2013.

Wcześniejsze artykuły


Newsletter - nowości wprost na e-mail
)