Sådan fungerer klæbebånd

Det kan være lige så allestedsnærværende som rindende vand. Nogle kan gå så langt som til at sige, at det er næsten lige så bekvemt. Før 3M introducerede tape i 1925, de primære midler til vedhæftning var temmelig permanente og rodet.

Malertape, den skabelse fra 1925, havde til formål at løse et meget specifikt problem:påføring af tofarvede lakjob på biler, som var populære dengang.

Inden malertape, autobutikker "maskerede" for hver farveapplikation ved hjælp af lim og papir. Afskalning af papiret ødelagde utallige malingjob. Richard Drew, en ung 3M forskningsassistent, oplevede et sådant ødelagt job og den rasende forbandelse, der fulgte. Drew, der havde absolut nul erfaring med klæbemidler, besluttet, tilsyneladende på stedet, for at skabe et klæbemiddel, der kan fjernes fra tør maling uden at skrælle det af [kilde:ACS]. To år senere, malertape blev introduceret.

Han opfandt derefter klart, cellofantape, senere kaldet Scotch® Magic Tape. Gaveindpakning ville aldrig være det samme.

Heller ikke almindelige husholdningsrettelser. Under den store depression, når de fleste mennesker skulle reparere ting som duge og polstring i stedet for at udskifte dem, klart tape tilbød en hurtig, billig, æstetisk tilfredsstillende løsning. Som resultat, mens mange virksomheder lukkede deres døre eller næsten ikke kunne klare sig, Magic Tape holdt 3M ikke bare flydende, men blomstrede [kilde:ACS].

I dag, tape findes i cellofan-finish til indpakning og mat finish til mærkning. Heftigt gaffatape er en hæfteklammer i mange husreparationer, mens dobbeltsidet tape binder plakater op. Brunt tape ombryder pakker og elastiske klæbemidler fungerer til bandage. Sammenføjning af to materialer med tape har været så almindeligt i så lang tid, at folk næsten aldrig tænker på at spørge "hvordan gør det?"

Viser sig, båndet er temmelig bemærkelsesværdigt. Det er ikke selve vedhæftningen, men den specifikke type klæbemiddel, der bruges på tape, der gør det uundværligt i dagligdagen. Den "klæbrige", der bruges i klæbebånd, er forskellig ved, at den primært er afhængig af fysiske processer, ikke kemiske, at klæbe til.

Videnskaben om klæbrighed

Adhæsion begyndte bestemt ikke med tape. Træarbejdere i det gamle Egypten brugte naturlig lim fremstillet af animalsk kollagen. Naturlig, tyktflydende stoffer som bivoks og harpiks har altid holdt materialer effektivt sammen [kilde:THToC].

I moderne tid før tape, lim og epoxier gjorde det meste af det klæbrige arbejde. Men de havde alvorlige ulemper, især i husholdningsbrug. Messiness, varighed og tørring til en hård finish alle fremstillede traditionelle lim, som typisk bindes ved kemiske midler, mindre end fantastisk til små, hurtige hverdagsjob.

De klæbemidler, der bruges i tape, fungerer anderledes. De kaldes trykfølsomme klæbemidler ( PSA ) og inkluderer materialer som silikoner, akryl og gummi - alle polymerer, hvortil en klæbrig harpiks tilsættes for at øge klæbrigheden [kilde:ThomasNet]. Disse PSA'er er afhængige af fysiske reaktioner, ikke kemiske, at klæbe til. Dette bidrager til kvaliteter som aftagelighed og fleksibilitet - nogle af de ting, vi elsker mest ved tape.

I en trykfølsom binding, der er to hovedprocesser i gang:befugtning og van der Waals kræfter. Førstnævnte etablerer vedhæftning. Sidstnævnte gør det stærkere [kilde:Hyperphysics].

Befugtning er ret simpelt. I dette tilfælde, det refererer til den måde, hvorpå et fast klæbemiddel trænger ind i et substrat (det materiale, tapen påføres). Det faste klæbemiddel, der bruges i tape, er godt til at fugtige, fordi det har en lav overfladeenergi , hvilket betyder at dens overflademolekyler bevæger sig meget rundt, eller er energiske, forårsager løsere bindinger. Denne egenskab gør det muligt for klæbemidlets molekyler at flyde relativt let, selvom den er i fast form, ind i porematerialet i substratmaterialet. Alt det kræver er lidt pres. Og jo bedre evne til at flyde ind i underlaget, jo stærkere er det fysiske bånd.

Nogle klæbemidler vil med tiden danne stærkere bindinger, efterhånden som molekyler siver dybere ind i substratmaterialet. Fra starten, selvom, et andet fysisk fænomen øger styrken ved trykfølsom vedhæftning. Molekylære attraktioner kaldet van der Waals kræfter træder i kraft, selv før der påføres tryk på båndet.

Van der Waals styrker er svage attraktioner mellem molekyler, der normalt ikke har positive eller negative ladninger. Nogle primært neutrale molekyler, hvis protoner og elektroner ikke er jævnt fordelt overalt, kan til tider udvise ladninger, kendt som dipol øjeblikke [kilde:Hyperfysik]. Disse afgifter, eller polariteter , lade dem danne fysiske bindinger med andre ladede molekyler; de kan, faktisk, fremkalde ladninger i andre for det meste neutrale molekyler ved blot nærhed [kilde:Hyperfysik].

Molekyler i et trykfølsomt klæbemiddel kan udvise dipolmomenter, og de inducerer tilsvarende dipolmomenter, når de nærmer sig overflademolekylerne af substratet. De modsat ladede molekyler i klæbemidlet og substratet, ved kontakt, danne fysiske bindinger, øge styrken af ​​den befugtningsbaserede vedhæftning.

Adhæsion er kun en del af ligningen, selvom. Klæbebåndets skønhed ligger lige så meget i dets design som i dets binding.

Gør Sticky til Sticky Tape

Hver gang vi trækker noget tape af en rulle - for at pakke en gave ind, hæng makaronikunst, midlertidigt reparere et utæt rør eller forsegle en pakke til forsendelse - vi savner sandsynligvis selve rullens geni. Især, hvorfor klæber klæbemidlet sig til bagsiden og til underlaget, men ikke til sig selv?

Var tape ikke i rulleform, det ville sandsynligvis være noget svært at smide i en uønsket skuffe. Og "klæbemiddel", der ikke er tape, er normalt lim - drippy og permanent. Det er tapedelen, der gør produktet så pænt, så kompakt og så let.

Processen med at lave tape er ret ensartet. Alt tape har fire komponenter [kilde:ACS].

• Opbakning - Bagsiden er det, der vender ud efter at du har påført tapen, og det klæber ikke til dine fingre. Materialer varierer efter anvendelse, men blandinger baseret på plast, papir eller klud er typiske.
• Primer - En klæbende primer påføres på bagsiden for at hjælpe klæbemidlet med at klæbe jævnt og sikkert på underlaget, når det er påført.
• Klæbemiddel - Et tyndt lag klæbemiddel sprøjtes på det grundede underlag.
• Slip belægning -Klæbemidlet er dækket af et lag af anti-kohæsionsmateriale (ofte polyvinylcarbamat) for at forhindre det i at klæbe til sig selv, når det rulles sammen.

Lagene påføres i store ark, som til sidst rulles op og skæres i 1-, 2- eller 3-tommer brede ruller tape, du køber i butikken.

Den sidste belægning - frigivelsen - understreger en interessant sondring i klæbrighedens verden:vedhæftning kontra samhørighed. I vedhæftning , en type molekyle holder sig til en anden type molekyle; i samhørighed , en type molekyle holder sig til sig selv. Tape bruger begge [kilde:Scientific American]. Klæbemidlets molekyler klæber til molekylerne i substratet, eller holde sig til, men de holder sig også til hinanden, eller hænger sammen. Hvis dette ikke var tilfældet, klæbemidlet ville ikke holde sammen. Frigørelsesbelægningen forhindrer sammenhæng på overfladen af ​​båndet, så det let kan rulles ud.

Også, hvad der begyndte som malertape og nogle meget glade bilmalere er nu en industri for sig selv. Klæbebånd har pakket metalskeletter af blimps for at forhindre korrosion. De har isoleret mindst en månelander og hjulpet Apollo 11-astronauter med at udføre nogle månereparationer på deres månemodulets skærm [kilder:ACS, NASA]. De holder bakspejle på biler og forhindrer millioner af scrapbookere i at rive håret ud, når deres placering er en millimeter fra [kilde:3M].

Trykfølsomme klæbemidler giver os endda Post-It noter. Det er ikke rindende vand. Men det er tæt på.

Masser mere information

Forfatterens note:Sådan fungerer tape

I søgen efter mere information om båndet, der blev brugt af NASA til at isolere en månelander (specielt udviklet til formålet, med evnen til at forblive klistret gennem et enormt temperaturområde), Jeg fandt også billeder af Apollo landeren lappet sammen med almindeligt gammelt gaffatape, og stødte på et interessant fænomen:Konspirationsteoretikere har besluttet tilstedeværelsen af ​​gaffatape på Apollo -landeren bekræfter, at månelandingen var en bluff.

Det er nok et almindeligt synspunkt, at værktøjer vi har liggende rundt i huset umuligt kunne bruges til at få mænd til månen. Og i dette tilfælde, det var faktisk bare en hurtig reparation af landerens skærm, som faldt af under missionen. Men gaffatape spillede også en væsentlig rolle i at få de skæbnesvangre Apollo 13-astronauter tilbage til Jorden, og min pointe er simpelthen dette:Jeg lærte i min forskning, at tape var virkelig en revolutionerende udvikling [kilde:Universe Today]. Efter alt at dømme, der er en grund til, at New Yorks Museum of Modern Art fremhævede tape i en udstilling kaldet "Humble Masterpieces", og Richard Drew blev optaget i National Inventors Hall of Fame.

Til forsvar for trykfølsomme klæbemidler, hvis månelandingen var forfalsket, gaffatape er sandsynligvis ikke bevis på det.

relaterede artikler

• Har folk nogensinde virkelig spist bændelorm til vægttab?
• Sådan fungerer båndoptagere
• Er det muligt at samle en bil med lim?
• Hvad gør superlim så super?

Kilder

• "Moondust and Duct Tape." NASA Science News. 21. april kl. 2008. (20. februar, 2013) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2008/21apr_ducttape/
• Petkewich, Rachel. "Tape." American Chemical Society. 15. oktober kl. 2007. (6. februar, 2013) http://cen.acs.org/articles/85/i42/Adhesive-Tape.html
• "Scotch® gennemsigtigt tape." American Chemical Society (ACS) National Chemical Landmark. 19. september, 2007. (6. februar, 2013) http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_SUPERARTICLE&node_id=764&use_sec=false&sec_url_var=region1&__uuid=e443b46b-9773-424-424
• "Den klæbrige sandhed om tape." The Human Touch of Chemistry (THToC). (6. februar kl. 2013) http://humantouchofchemistry.com/everyday.php?action=view&nid=54
• "Overfladeenergi og befugtning." Adhesives.org. (9. februar, 2013) http://www.adhesives.org/adhesives-sealants/adhesives-sealants-overview/structural-design/surface-energy-and-wetting
• "Typer af trykfølsomme klæbemidler." ThomasNet. (6. februar kl. 2013) http://www.thomasnet.com/articles/adhesives-sealants/types-of-pressure-sensitive-adhesives
• "van der Waals Bonding." HyperPhysics. (9. februar, 2013) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/waal.html
• "van der Waals styrker." Encyclopedia Britannica. (9. februar, 2013) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/622645/van-der-Waals-forces
• "Hvad er egentlig den fysiske eller kemiske proces, der gør tape til at klæbe?" Videnskabelig amerikansk. (6. februar kl. 2012) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=what-exactly-is-the-physi