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新的研究证明,表面分析师可靠可用于过程控制

我们为制造商提供的我们最喜欢的服务之一是帮助优化其特定材料和产品的表面准备技术。这是我们的专长和我们最大的激情之一。我们对此感到非常强烈,因为我们知道如果您作为制造商,能够控制生产过程中的许多变量,那么您的掌握内有可预测的粘合过程。这就是我们想要所有制造商的想法。

一个新的研究,标题为“大气压等离子体喷射器自动纤维放置制造复合材料的表面官能化“最近在国际粘合和粘合剂杂志上发表。作者采用的方法使用我们的过程控制方法(即表面分析师系统)对于涉及碳纤维增强聚合物(CFRP)复合材料和大气压等离子体处理的越来越常见的制造应用。

在纸的摘要中,据称,据称是低固有的表面能(或材料表面上的分子的低反应性)和“多种制造步骤中表面污染的偶然效应,两者都有助于复合材料中的粘合性质。因此,适当的表面制备预粘合复合表面是一项积极的研究主题,重点是提高粘合剂粘合的保真度。“

这种积极的研究主题,即适当的表面准备和清洁,是我们的宏伟痴迷。我们知道制造商对确保良好的粘合剂粘合的三种必需品有很大的理解和控制。这是第三个 - 知道表面足够干净,并在粘合或涂层之前适当地制备 - 制造商仍在努力,我们想要帮助。

还是有希望的。我们将分解这项研究的发现,以显示您如何可以保护您的粘附和清洁过程失败掌握所有三个关键要素用于确保产品中的结构声。

大附着力的三个基本要素

优异的附着力依赖制造商的理解和控制三个明显但相互关联的元素的能力。根据所制作的产品以及应用是什么(例如,涂上一架飞机,涂上电路板,或在汽车底盘中粘合复合接头),粘接采用多种形式,但粘合的基本原则始终是相同的。粘附背后的科学是静态可靠的。

必须控制的三件事以获得成功:

  1. 胶粘剂、涂料、油墨或油漆的组成需要了解和理解,以适用于手边的应用。
  2. 需要管理粘合剂,涂布,油墨或涂料的施用和固化,以便施加适当量的粘合剂或涂层,并以最有效的间隔干燥或固化。
  3. 需要在分子水平上理解粘合表面的质量,使得在表面制备和清洁步骤期间可以实现适当的化学配置。

所有这些在控制方面都有自己的挑战,但前两个已经被粘合剂、油漆、涂料、点胶设备和固化机制的供应商很好地理解和定义。

第三个元素受到最广泛的变量阵列的影响,并且随着制造过程的研磨而易于改变而没有检测。这篇论文的作家正试图进入底部并更加了解的第三个要素。

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在他们的研究中,他们使用了通过execcel制造的复合样品并由NASA提供。第2.1节概述了这些材料的生产和处理的细节(如将测试优惠券包裹在每个程序之间的铝箔中,以确保表面没有意外地改变)。本节还概述了所用的精确薄膜粘合剂和提及,即粘结组件在Metlbond制造商推荐的治疗周期之后在高压釜中固化。“它们能够依赖于这种固化过程和粘合剂本身的组成将严重审查和测试以获得最佳效果。因此,满足三个要求的前两个要求控制在我们上面列表中所布局的粘附。

是的,即使在本研究的上下文中,那些被控制变量,它也会表现出大多数制造商如何接近自己的粘附过程。制造商可以通过以下特定固化方案可靠地回到这些变量中,通过以下特定固化方案,假设所有设备正常工作,树脂正确混合等。它们可以易于命名使用的粘合剂和涂料的细节和涂层沿着固化过程的精确需求,但是当按下其材料的表面是用于绑定的准备时,它们通常停止列出清洁步骤,但不能自信地说这些方法是有效的。主要是他们缺乏信心,因为仍然发生了粘合失败,并且他们使用的测试程序不提供可操作的数据,他们可以使用它们来优化他们的清洁和治疗程序 - 这是保证粘合的第三个元素。

研究所说的是什么

研究的细节,简而言之,涉及复合材料(CFRP)是手工擦拭酒精擦拭,等离子体在不同线速度(这是一个技术的说法不同的速度)和三个变化多少每个通过等离子体射流喷嘴的重叠前经过,然后结合,治愈和strength-tested。

为了在每个步骤中精确地了解CFRP的表面,科学家使用X射线光电子体光谱(XPS)来表征究竟存在什么类型的分子以及特定分子的组成如何在整个过程中变化。这种分析是必要的,因为对于工作粘附,表面需要成为我们喜欢称之为“化学清洁”和化学反应的。这意味着粘合或涂覆的材料表面上的化学物质需要对粘合剂或涂层中的化学物质具有吸引力。粘附性是在表面的顶部1-5分子层的化学反应中。

我们无法向您展示研究的确切图表,但下面的表格显示了我们在BTG实验室做过类似的测试比较异丙醇擦拭物后表面的各种化学成分,轻等离子体处理和重度等离子体处理。这些数据相关表3并展示CFRP表面上总分子的百分比是碳,氧,硅等的元素。利用XPS获取该表中的数据以清楚地了解化学品食谱应具有优异的附着力,并将其与特定清洁和治疗方案相关联的内容。

table-3-chemical-compositions-surface-treatment-light-heavy-plasma-treatment-blog(更新)

为了确定是什么过程产生了最强的粘结,研究人员使用了双悬臂梁(DCB)测试来破坏接缝。该测试使用相等的、相反的力,从相反的方向拉向接头组件,观察哪个点粘合不起作用,以及组件的哪个部分(大块材料,粘合剂本身,或两者之间的界面)断裂。粘接剂或材料本身内部的强粘结会断裂,分离的材料将在其表面显示出同等数量的粘接剂或材料。为了弄清楚它是如何工作的,观看奥利奥饼干的视频被打破(并及时吃)。

能够将清洁和处理过程相关的部分能够与粘合强度相关,需要在实际生产环境中进行测试。它应该毫无疑问地使用XPS来表征每个表面,然后在成品接头上使用DCB测试是不可行的。这样做是昂贵的,如果你打破所有关节,你就不会有任何实际成品。S.o, it’s necessary to have a test that can be done on the production line, on the actual parts being bonded, that accurately predicts how strong the adhesion will be because the test is sensitive to the chemical nuances present at the molecular level of the surface.

这项研究中的研究人员使用了BTG Labs'表面分析师3001.进行水接触角测量测试以找到这种可预测性。通过小心地将一滴水仔细放置在表面上并测量在表面上或珠子上的程度来进行水接触角测量,这使得水反应到防水外衣或新蜡车的程度。水的边缘使得表面的角度(凹陷越多,角度越高)是我们所谓的水接触角(WCA)。经常在科学中,用于测试和现象的标题并不多乎没有意义,但幸运的是WCA有关于在那里的大部分情况下的信息:水与表面接触,成一角。水对表面的化学化妆品敏感,并根据存在多少特定化学品而不同的反应。因此,这些不同的反应告诉我们,了解表面是否已经适当化学清洁以进行特定的粘合过程。

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研究中有一个柱状图显示了未接触(未清洗或处理)、擦拭和等离子体处理的样本上的wca,并比较了不同速度等离子体处理的数据(见表2)。同样,BTG实验室已经研究了另一种常用材料的大气等离子体官能化的影响,聚醚醚酮热塑性塑料。以下是表示接触角如何改变(减小),因为通过等离子体处理随着反应性氧的量增加的含量。

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在他们的研究表2中,很明显,WCA每次都受到血浆治疗的显著影响。WCA在速度和重叠方面有所不同,但尽管如此,水滴在等离子体处理过的表面上产生的角度要小得多。等离子体处理改变了表面上的O/C比率,因此上图说明了正确等离子体处理的表面如何产生低接触角。在研究中,你可以发现,通过XPS分析和DCB测试,WCA的变化与CFRP表面达到理想粘结强度所需的最佳化学成分密切相关。

ar 欧宝 - XPS化学分析,DCB粘结强度试验,各种清​​洁,研磨和治疗方法(如大气和真空等离子体处理,砂砾爆破,溶剂清洁等)和WCA测量 - 在我们的实验室中有助于公司更好地理解和控制他们的粘附过程。本研究的证据和结论垫本发明了,为了有涂层,粘接,涂漆,密封,印刷和清洁过程,可预测可预测最高品质的产品,制造商需要优化他们的清洁和表面准备程序和使用测量化学清洁度的生产水平测试。帮助所有行业的制造商解决了复杂的附着力和清洁问题,这是我们每天都所做的。

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