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

        更新更新時間:2020-05-22      點擊次數(shù):2898

        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用。它具有很高的化學抗性,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)),以及可見的應用——不粘炊具。很多廚房用具都涂有PTFE,以提高其耐化學性、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強度。采用CAT(Centrifugal Adhesion Testing 離心粘結力測試)技術測定斷裂強度,利用離心力產(chǎn)生測試載荷。

        Figure 1

        準備樣品

        樣品的準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,誤差條顯示標準差

                                                                  

        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 不粘涂層間的粘結強度。除了達成基本測試目標,將涂

             層和基材分離外,還考慮了不同的結合面積的影響。

             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準差

           (±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,相應的標準差(±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強度大于涂層自身的結構

            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合涂層的粘結性能:(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,以提高粘結

           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、粘結強度、載荷與強度的標準差見表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。

         

        結論

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

         

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