胶带

背景

管道胶带是一种布胶带，一侧涂有聚乙烯树脂，另一侧涂有非常粘的橡胶基粘合剂。与其他胶带不同，织物背衬赋予胶带强度，同时使其易于撕裂。管道胶带也非常具有延展性，可以粘附在各种表面上。虽然它主要设计用于风管和类似应用，但消费者已经发现这种受欢迎的产品具有广泛的用途。它可用于许多家庭维修工作，作为紧固件而不是螺钉或钉子，以及用于汽车维修。甚至有人知道雪地摩托车会在他们的鼻子上贴上胶带以防止冻伤和晒伤。该产品引起了极大的兴趣，以至于有很多书籍和网站专门介绍其非常规且通常很滑稽的用途。例如， 胶带书 描述了如何使用胶带制作围裙和蹦床套。

历史

关于胶带的历史存在相互矛盾的说法。据 Manco, Inc.（DuckTm 品牌胶带制造商）称，它是由 Permacell（强生的一个部门）在 1940 年代第二次世界大战期间创建的。其他专家声称，这种胶带产品是由理查德·德鲁 (Richard Drew) 领导的 3M 公司的研究人员在 1920 年代发明的。然而，大多数人都同意 Permacell 在战争期间完善了胶带。使用最先进的技术，他们的研究团队开发了一种将多层粘合剂结合到聚乙烯涂层布背衬上的工艺。有人说这种早期产品被昵称为“鸭带”，因为它像鸟的羽毛一样排斥水，或者因为织物网是用鸭布制成的。

不管它的起源如何，军方发现了胶带的许多用途。它最早的应用之一是将弹药箱固定在一起。因此，士兵们将其称为“枪带”。空军发现了该产品的其他用途，并使用胶带覆盖飞机上的枪口，以减少起飞过程中的空气摩擦。像许多其他军用产品一样，胶带最初是橄榄绿色，但战后改为更熟悉的银色。制造商开始向发现各种新用途的家庭消费者推销它。胶带更易于使用，并且与螺钉和螺栓一样有效，当将这种管道系统固定在带有强制空气加热的新房屋中时。

随着消费者需求的增长，营销人员开始以对消费者更友好的方式包装他们的磁带。据 Manco 称，他们是第一家对胶带进行收缩包装和贴标签的公司，以便可以轻松地将其堆放在展示架上。这种包装改进使购物者更容易区分不同的等级。到 1999 年，Manco 每年销售约 5,900 短吨（5,352 公吨）或 246,217 英里（396,240 公里）的胶带。

设计

管道胶带根据其等级设计用于不同的应用。等级由粘合剂类型和背衬材料的强度共同决定。布织物的强度取决于它所含的线数；这个数字决定了布料的撕裂强度。例如，军用级胶带的撕裂强度为 40 磅（18 公斤），而较便宜的胶带的强度在 20 磅（9 公斤）范围内。为联邦政府设计的胶带必须符合长达 12 页的规范指南，其中规定了强度和其他因素。商业等级要求较低，通常分为实用等级、通用等级或高级等级。其他特殊等级包括用于反应堆的“核胶带”和专为赛车设计的“每小时 200 英里（322 公里）”胶带。

原材料

棉网

棉花 网格形成了胶带的主干。它提供抗张强度并允许胶带在两个方向上撕裂。具有更紧密编织和更高线数的布料质量更高，强度更大，撕裂更干净。优质胶带的线数为每平方英寸 44 x 28 线。因此，用这种织物制成的胶带更贵。棉织物在涂布机上铺展时称为“网”。

聚乙烯涂层

棉织物涂有聚乙烯，这是一种塑料材料，可防止其受潮和磨损。这种塑料涂层具有柔韧性，可让胶带更好地粘附在不规则表面上。在初步涂层操作中，聚乙烯被熔化并施加到织物上。然后将涂层织物储存在卷筒上，直到制造商准备好涂抹粘合剂。

粘合剂

由于两个原因，胶带中使用的粘合剂是独一无二的。首先，粘合剂本身由橡胶化合物配制而成，可确保长期粘合。其他胶带通常使用不具有粘合性的粘性聚合物。其次，粘合剂以比玻璃纸或遮蔽胶带上使用的涂层厚得多的涂层涂覆在基材上。这也用于增加胶带的粘合性能。

制造过程

胶粘剂复合

• 1 胶带中使用的橡胶基粘合剂是通过多步工艺制备的。在第一步中，粘合剂在称为布兰伯里型混合器的混合器中混合，该混合器由配备蒸汽夹套的不锈钢罐和高扭矩混合器组成。橡胶化合物以颗粒形式加入，然后加热和混合，直到它们熔化并均匀。其他成分按照配方中的规定添加到混合罐中。这些包括增粘剂、粘度调节剂、抗氧化剂和其他助剂。最终的混合物很稠但足够光滑，可以泵送到与涂层设备相连的储罐中。

粘合剂应用

• 2 粘合剂和织物使用精密的涂层设备结合。首先，粘合剂在辊磨机上通过加热进一步软化。辊磨机由密集的空心辊组成，这些辊由大规格不锈钢制成。滚轮连接到高扭矩齿轮和以设定速度旋转它们的电机。辊子的温度是通过连续泵送水通过它们来控制的。顶辊的温度保持在 260°F (127°C)，中心辊的温度保持在 100°F (38°C)。气缸固定到位，因此它们之间只存在很小的间隙。随着滚筒的转动，橡胶混合物被送入这个空间。摩擦产生的热量使橡胶变软。这种布置允许熔化的粘合剂在辊的表面上形成薄片。
• 3 然后将布料通过另一组滚筒送入涂层机。它靠着与粘合剂接触的第三个滚筒（保持在 199°F [93°​​C]）上运行。在这个称为涂层的过程中，粘合剂被转移到布上。通过控制滚筒之间的间隙，机器操作员可以确定在布料上涂了多少粘合剂。当粘合剂准备好后，已经用聚乙烯预处理过的布背材料从其存储辊上送出到涂层辊上。当背衬材料与第三个滚筒接触时，它 A. 三辊压敏胶带压延机。 B. 二辊胶压光机。 C. 聚乙烯和粘合剂压延机。 D. 用于涂有聚乙烯的织物带的压延机。从转印辊上取下一些粘合剂。用于施加此类重粘合剂的此过程称为压延。可以使用薄至 0.002 英寸（0.05 毫米）的涂层，但在 0.004 英寸（0.05 毫米）以下时，它们的均匀性会降低。这些波动的发生是因为辊子在旋转时会经历小程度的弯曲。这会在辊子之间产生不均匀的间隙，从而导致整个幅材上的涂层重量发生变化。
• 4 涂层后，胶带织物缠绕在大纸板芯上。当涂满足够的胶带并且卷筒装满时，将其从卷轴上取下并移至另一个区域，在那里可以将其切割成合适的尺寸。这些存储卷大约 5 英尺宽，直径 3 英尺（152 厘米 x 91 厘米）。

重绕和分切

• 5 涂层过程完成后，可以将角色切割成最终尺寸。这是通过将大卷“解绕”或展开到配备一系列刀具的机器上来完成的。刀具将卷材切割成更窄的部分，然后将其重新缠绕在较小的纸板芯上。这个过程被称为“分切”。

打包操作

• 6 在这个最后阶段，胶带卷被打包出售。它们通常采用收缩包装，单独包装或两个或三个包装。然后将这些包裹装箱并销售以供运输。

  根据制造商的不同，上述步骤可以通过自动化组合成更少的步骤。例如，Permacell 使用一个独立的设备来混合、加热并将粘合剂固定在背衬上。这种方法允许在没有引起污染的溶剂的情况下制备胶水。

质量控制

管道胶带必须满足美国测试与材料协会描述的一系列标准测试。这些方法测量粘合剂的两个关键特性：其粘合强度（决定胶带与另一个表面的粘合程度）和内聚强度（表明粘合剂与布背衬的粘合程度）。评估这些特性的一种常用方法是将胶带贴在标准化的不锈钢板上，然后测量将其撕下所需的力。然后检查该板以确定留下多少粘合剂残留物（如果有的话）。粘合剂涂层本身受到监控，以评估其粘附在其背衬上的程度。粘合剂留下残留物的情况称为蠕变、龟裂、渗出和渗出。质量控制技术人员还注意鱼眼，该术语用于描述粘合剂的不均匀应用。

除了标准测试之外，每个制造商都有自己的专有方法来评估他们的产品。例如，公司可能会测量胶带的断裂点。其他人则评估磁带在展开时发出的“嘎吱嘎吱”声，因为消费者认为撕开磁带时发出嘈杂声是强度的标志。其他测试旨在测量快速棒。一种方法是在胶带条上发射乒乓球，粘性面朝上，以测量它们在被胶带阻止之前滚动的距离。

尽管胶带以优异的附着力而闻名，但独立研究人员进行的测试发现胶带的效果不如预期。 1998 年，能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员 Max Sherman 和lain Walker 评估了 12 种不同类型的胶带。他们设计了一种加速老化测试，模拟家庭或办公楼从晚上到白天和冬天到夏天的温度条件。他们使用了一系列标准指状接头，将较小的管道连接到较大的管道​​。用不同品牌的胶带包裹每个测试连接，他们在设计为类似于家庭供暖和空调系统中发现的温度和湿度条件下评估密封。研究人员还进行了烘烤测试，其中样品接头在更高的温度下烘烤。据研究人员称，大多数测试的接头被发现泄漏了 50% 或更多。他们的测试结果还表明，当温度低于冰点 (32°F [0°C]) 或高于 200°F (93°C) 时，大部分胶带无法正常工作。然而，胶带行业对这些发现提出异议，声称为了获得最佳效率，他们的胶带产品应该由轴环或夹子辅助。

未来

环境和价格方面的考虑推动研究以更低的成本确定新的粘合剂配方——一卷 2 英寸（5 厘米）宽、50 码（46 米）的通用胶带卷的一般价格约为 3 美元——保持高功能性而不破坏环境。此外，营销考虑推动了产品的改进。为了回应人们对胶带在极端温度下无法正常工作的批评，制造商正在开发更先进的配方，专门设计用于承受剧烈的热和冷波动。首次专门为用于柔性管道工程的胶带制定正式标准。磁带制造商支持该计划，因为他们相信 Underwriters Laboratories（一个产品安全测试机构）的认证将促进他们的销售。