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利用CAT(離心粘結(jié)力測試)技術(shù)測定聚四氟乙烯涂層與基材的粘結(jié)強度

更新更新時間:2020-05-22      點擊次數(shù):2574

自從1938年被偶然發(fā)現(xiàn)以來,聚四氟乙烯(以下簡稱PTFE)因其*的材料特性而得到廣泛應(yīng)用。它具有很高的化學(xué)抗性,可以在很大的溫度范圍內(nèi)使用,不易燃,具有良好的滑動性能即低摩擦系數(shù),等等。除了航空航天、計算機等行業(yè)外,PTFE還廣泛的用于密封,絕緣體,服裝,工業(yè)過濾(阻止特殊物質(zhì)),以及可見的應(yīng)用——不粘炊具。很多廚房用具都涂有PTFE,以提高其耐化學(xué)性、降低表面張力以獲得“不粘”的能力。因此,提高PTFE涂層和基材之間的粘結(jié)強度,以生產(chǎn)高品質(zhì)的耐用鍋具,對于生產(chǎn)廠家來說,至關(guān)重要。

由于其低表面能和疏水特性,PTFE很難被粘合。為了實現(xiàn)粘合,需要對其表面進行預(yù)處理。

本文給出三個例子,一個是研究一種PTFE涂層紡織品,用于發(fā)電廠的除塵空氣過濾器;另外兩個是研究用于不粘鍋的PTFE涂層和金屬基材的粘結(jié)強度。采用CAT(Centrifugal Adhesion Testing 離心粘結(jié)力測試)技術(shù)測定斷裂強度,利用離心力產(chǎn)生測試載荷。

Figure 1

準(zhǔn)備樣品

樣品的準(zhǔn)備步驟在前文也有介紹,這里不再贅述,需要注意的是:

測試

依照DIN EN ISO 10365-1995 粘合劑-主要失效模式的標(biāo)識,對失效模式進行分析

驗分析

1. 基于兩種不同織物基材的PTFE涂層

實驗用的樣品用于過濾裝置,樣品由一種織物基材組成,一邊是玻璃纖維,另一邊是針刺氈。兩種紡織品都已經(jīng)由制造商涂上聚四氟乙烯涂層。由于織物基材質(zhì)地柔軟,在織物背面粘附不銹鋼板,以避免樣品發(fā)生形變。兩個樣品的失效模式如圖2所示,左邊是玻璃纖維織物,右邊是針刺氈??梢钥吹?,對于這兩種樣品,PTFE涂層已在整個粘結(jié)區(qū)域被剝離。

                                          Figure 2

圖3顯示了兩種不同樣品的測定強度。每一列代表八個樣本的平均值,誤差條顯示標(biāo)準(zhǔn)差

                                                          

通過對比發(fā)現(xiàn)PTFE與剝離纖維織物的粘附強度高于針刺氈,對于這種現(xiàn)象的一種可能的解釋是:玻璃纖維的表面紋理(具有較高的粗糙度),導(dǎo)致了較高的粘附強度。

 

 

     本研究測試了用于煎鍋的金屬和 不粘涂層間的粘結(jié)強度。除了達成基本測試目標(biāo),將涂

     層和基材分離外,還考慮了不同的結(jié)合面積的影響。

     表1下表展示了制備的樣品的面積以及使用的膠黏劑的量:

                                    

Table1

                        

    如圖4所示,組1樣品(直徑7mm)平均強度約為5.8MPa,兩個離群值造成了較高的標(biāo)準(zhǔn)差

   (±1.7MPa),但是兩個異常樣品的失效模式和其他樣品相比并沒有明顯差異。組2樣本的

    均值相同,沒有異常值,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差(±0.4 MPa)要低很多。

 

                            

 

Figure 4

 

    圖5所示的失效模式是從所有測試樣品中選取的一個代表,可以看出涂層本身發(fā)生了大片

    的斷裂,并沒有露出基材。即涂層與基材之間的粘結(jié)強度大于涂層自身的結(jié)構(gòu)

    強度。

 

                        

 

Figure 5

3. 鋁合金PTFE涂層——比較三種不同的涂層系統(tǒng)

   研究了三種不同的家用平底鍋鋁基復(fù)合涂層的粘結(jié)性能:(1)雙層涂層;(2)四層石英微粒子

   涂層;;(3)四層石英微納米涂層。這些實驗的主要目的是測試新的涂層技術(shù),以提高粘結(jié)

   強度。

  樣品制備包括以下幾個步驟:割平底鍋、將每種類型的平底部分切割成20×20×7mm(圖6)、

  清洗表面、選擇粘合劑、粘接和固化。

                                

Figure

  圖7 給出了斷裂時的載荷對比柱狀圖,

  首先,采用不同的膠粘劑對PTFE涂層預(yù)試,發(fā)現(xiàn)只使用有助粘劑和工業(yè)氰基丙烯酸酯粘合劑

  結(jié)合的方式才能達到良好的粘合效果。

 

 

                   

                                    Figure7

 

圖8 所示為三種樣品失效模式的圖片:

               

                                Figure 8

  從圖8 還可以明顯看出,實際的斷裂面積與測試基座的面積不同。通過圖像分析得到了真實的分層區(qū)域,并用于計算涂層的粘附強度(單位MPa)。平均斷裂載荷、粘結(jié)強度、載荷與強度的標(biāo)準(zhǔn)差見表2。

                   

                                  Table 2

圖7和表2顯示了雙層PTFE涂層具有斷裂載荷。無論只添加石英微粒還是微粒和納米微粒的混合物,四層涂層似乎都不那么穩(wěn)定。

 

結(jié)論

   CAT技術(shù)已成功應(yīng)用于不同基材(紡織品、鋁盤)聚四氟乙烯涂層的粘結(jié)強度測定,在測試PTFE涂層粘結(jié)強度時,選擇合適的粘結(jié)劑是測試的關(guān)鍵。

 

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