Dieser Artikel befasst sich mit dem Verfahren zur Vorbereitung der dolly , um eine starke Haftung at an der Grenzfläche dolly –Klebstoff zu gewährleisten, sowie mit dessen Bedeutung für die Maximierung der Wiederholbarkeit bei Abziehhaftungsprüfungen.
Tragbare Abziehhaftungsprüfgeräte, wie das PosiTest AT, messen die Kraft, die erforderlich ist, um eine „ Beschichtung “ mit einem bestimmten Durchmesser von ihrem Untergrund abzuziehen. Diese gemessene Abziehkraft liefert einen direkten Hinweis auf die Haftfestigkeit zwischen der „ Beschichtung “ und dem Untergrund. Durch die Eliminierung von Ursachen für Schwankungen bei der Abziehkraft, wie beispielsweise unbeabsichtigte Haftversagen zwischen der „ Klebstoff “ und schlecht vorbereiteten „ dollies “, werden die Ergebnisse der Haftfestigkeitsprüfung noch aussagekräftiger und vorhersagbarer.
Die Hauptkomponenten eines Abziehhaftungsprüfers sind eine Druckquelle, ein Druck Messgerät und ein Stellantrieb. Während des Betriebs wird die flache Seite eines Abziehstutzens (dolly) an das zu prüfende Substrat ( Beschichtung ) gehaftet. Nachdem die Klebe Klebstoff e ausgehärtet ist, wird ein Kupplungsstecker des Aktuators an den Klebeabschnitt ( dolly) angeschlossen. Durch Aktivierung der Druckquelle wird der Druck im System auf den Aktuator langsam erhöht. Wenn der Druck im Aktuator größer wird als die Haftfestigkeit zwischen dem Klebeabschnitt ( Beschichtung ) und dem Substrat, kommt es zur Trennung, und die Baugruppe aus Aktuator und Klebeabschnitt (dolly ) hebt den Klebeabschnitt ( Beschichtung ) vom Substrat ab (siehe Abbildung 1). Die Maximal-Druckanzeige des Druck Messgerät s des Systems liefert eine direkte Messwert des Druck at , bei dem das Ablösen stattfand.
Weitere Einzelheiten zur Theorie und zu den Anforderungen der Abziehprüfung finden Sie in den beiden einschlägigsten internationalen Normen: ISO 4624 „Farben und Lacke – Abziehprüfung zur Bestimmung der Haftfestigkeit“ und ASTM D4541 – „Standard Prüfverfahren for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers“.
Dollies für Abzugshaftungsprüfgeräte werden aus einer Vielzahl von Metallen hergestellt, darunter Aluminium, Kohlenstoffstahl und Edelstahl. Obwohl sich die im Rahmen dieser Studie durchgeführten Tests auf die dollies konzentrierten, die mit dem DeFelsko PosiTest AT Pull-off Adhesion Tester verwendet werden, der im vorgeschlagenen Anhang A5 der ASTM D 4541 aufgeführt ist (siehe Abbildung 2), gelten die diskutierten Prinzipien für alle dolly . Die Dolly besteht in der Regel aus drei wichtigen Schritten: Entfetten, Abschleifen und Reinigen.
Unter Entfetten versteht man die Entfernung aller Öl- oder Fettspuren von den zu verklebenden „ Oberfläche “. Dazu können auch Öle von der Haut der Person gehören, die mit dem „ dolly “ hantiert.Abrasion ist eine aggressive Veränderung des Profils des „ dolly “Oberfläche. Die Abrasion dient zwei Hauptzwecken: der Vergrößerung der verfügbaren „ Oberfläche “-Fläche für die Verklebung und der Entfernung von Oxidation oder Rost.Reinigung ist schlichtweg die Entfernung aller losen Partikel von den zu verklebenden „ Oberfläche “, insbesondere solcher, die durch Abrasion entstanden sind.
Einige dolly werden vor dem Versand bearbeitet, so dass der Kunde die dollies nicht mehr entfetten muss, da durch den Bearbeitungsprozess und die anschließende sorgfältige Handhabung und Verpackung jegliche Verunreinigung entfernt wird.
In der Regel stellt der Hersteller dem Kunden die entsprechenden Geräte, Materialien und Anweisungen zur Verfügung, um die Vorbereitung vor der Verklebung der dollies zu erleichtern. Die vom Hersteller empfohlenen Aufbereitungsmethoden sollten auf umfangreichen Labortests von Abrieb- und Reinigungsmethoden für seine dollies beruhen. Die Vorbereitungsmethoden sollten außerdem klar, einfach und detailliert genug sein, um wiederholbare Ergebnisse für verschiedene Anwender und Anwendungen zu gewährleisten.
Die folgende Empfehlung für die Vorbereitung des dolly wurde für das untersuchte Haftfestigkeitsprüfgerät nach Anhang A5 anhand der Ergebnisse einer Untersuchung der allgemein anerkannten Methoden und der anschließenden experimentellen Ergebnisse optimiert.1
Es wurde ein detailliertes Experiment entwickelt, um die Ergebnisse der zuvor während der Produktvalidierungs- und Konstruktionsphase durchgeführten Tests und Vergleiche zu überprüfen und zusammenzufassen. Ziel des Experiments war es, die Auswirkungen von Oxidation und der „ dolly “-Vorbereitung (Entfetten, Abrieb und Reinigung) auf die Haftfestigkeit direkt zu messen. Im Rahmen des „ Prüfverfahren “ wurden 48 Aluminium-Test dollies en nach dem Zufallsprinzip auf eine beschichtete Kohlenstoffstahlplatte geklebt, wobei ein geeignetes „ Klebstoff “ verwendet wurde, das im Rahmen anderer Tests ausgewählt worden war. Da das Ziel der Studie darin bestand, Faktoren zu bewerten, die die Haftfestigkeit zwischen dem Klebstoff und dem dolly beeinflussen, wurde versucht, eine Kombination aus Substrat und Beschichtung zu entwickeln, die eine extrem starke Klebstoff und kohäsive Haftung aufweist und sich zudem gut mit dem zuvor ausgewählten Araldite 2011 Klebstoff verbinden lässt. Um dies zu erreichen, wurde eine 4-mil-dicke Beschichtung aus demselben Araldite 2011 auf eine ¼“ dicke Kohlenstoffstahlplatte aus einem Schiffsrumpf eingebrannt. Die Stahlplatte wurde sorgfältig vorbereitet, indem mehrere mil an potenzieller Korrosion Oberfläche und Verunreinigungen abgeschliffen und anschließend mit Alkohol und einem trockenen Tuch gereinigt wurden. Das Ergebnis war ein beschichtetes Substrat mit einer ausreichenden Haftfestigkeit, um unbeabsichtigte Beschichtung Versagen während der 48 Abziehhaftungstests zu verhindern.
Die Test dollies en wurden nach Abrasionsverfahren, Oxidationsdauer, Reinigungsmethode und Aushärtungszeit unter Klebstoff gleichmäßig aufgeteilt. Die vier Abrasionsverfahren dolly umfassten maschinelles Abflachen, Fräsen, Schleifen mit feinkörnigem Schleifpapier und Reiben auf einem Scotch-Brite™-Pad. Jede Gruppe der abgeriebenen dollies wurde vor dem Auftragen drei verschiedene Zeiträume lang air ausgesetzt (7 Tage, 24 Stunden und einige Minuten). Vor dem Aufkleben auf die „ Beschichtung “ wurden die „ dollies “ entweder mit einem trockenen Tuch abgewischt oder mit einem in Alkohol getränkten Wattestäbchen gereinigt und anschließend mit einem trockenen Tuch abgewischt. Das Endergebnis waren zwei Proben, die unter Verwendung jeder möglichen Kombination der Methoden vorbereitet wurden. Eine Probe aus jedem dieser Paare wurde dann vor der Zugprüfung entweder 24 Stunden oder 5 Tage lang aushärten gelassen.
Die Ergebnisse wurden nach den einzelnen Faktoren tabellarisch zusammengefasst, und die Durchschnittswerte nach Schleifverfahren für jeden Satz von 12 dollies sind in Tabelle 1 aufgeführt. Wie erwartet war das Schleifverfahren der entscheidende Faktor für die Präparation. Beim Vergleich der Ergebnisse mit dem Schleifverfahren für die dolly zeichnet sich ein vorhersehbares Muster ab. Die schwächsten Verbindungen wiesen die nur maschinell bearbeiteten sowie die mit einem Schaftfräser bearbeiteten „ dollies “ auf. Bei diesen „ dollies “ kam es zu einem fast 100-prozentigen Versagen der Verbindung ( Klebstoff ) im Vergleich zu „ dolly “. Dies war zu erwarten, da beide Präparationsmethoden zu relativ glatten Oberflächen führten, obwohl beim Schaftfräsverfahren große, sichtbare Rillen in die „ dolly “ (Oberfläche) eingebracht wurden. Diese Rillen vergrößern die Kontaktfläche ( Oberfläche area) der „ dolly “ und erklären wahrscheinlich die vor dem Versagen nachgewiesene etwas höhere Haftfestigkeit.
Wie bereits in früheren Tests festgestellt wurde, erzielte das Scotch-Brite-Pad die höchste Gesamthaftfestigkeit, gefolgt vom Schleifpapier. Obwohl die optischen Abrieb-Ergebnisse mit einem Scotch-Brite-Pad und Schleifpapier ähnlich sind, ist es wahrscheinlich, dass die Mikrostruktur (Oberfläche -Profil), die durch die Verwendung eines dreidimensionalen Schleifpads wie Scotch-Brite entsteht, die Haftung begünstigt. Damit eine Haftung entstehen kann, muss eine Art Kapillarwirkung das „ Klebstoff “ in die Mikrostruktur ziehen; daher können geringfügige Veränderungen aufgrund der Körnung oder der Schleifmethode erhebliche Auswirkungen haben.
Ein weiteres interessantes Ergebnis war die deutlich größere Abweichung zwischen den einzelnen Abziehvorgängen bei Sandpapier im Vergleich zu Scotch-Brite. Dieses Ergebnis könnte mit der schnellen Ansammlung von Aluminium zusammenhängen, die auf der „ Oberfläche “ des Sandpapiers beobachtet wurde und die sich zwischen den Anwendungen nur schwer reinigen lässt. Infolgedessen ist es unwahrscheinlich, dass jeder „ dolly “ dieselbe Mikrostruktur erhält. Beim Scotch-Brite-Pad fällt der Aluminiumstaub durch das Gewebe hindurch, was offenbar zu einer reproduzierbareren Mikrostruktur führt. Das Scotch-Brite-Pad nutzt sich zudem at langsamer ab und muss daher seltener ausgetauscht werden.
Die durchschnittliche Haftfestigkeit von „ Klebstoff “-Verbindungen in Abhängigkeit von der Oxidationszeit nach Abrieb ist in Tabelle 2 dargestellt. Dieser relativ geringe Unterschied in der Haftfestigkeit ist wahrscheinlich auf den begrenzten Einfluss der Oxidation auf das Aluminium dollies zurückzuführen. Da Aluminium in der Regel unmittelbar nach dem Kontakt mit air eine dünne Aluminiumoxidschicht bildet, ist es naheliegend, dass nicht kontaminiertes dollies keine langfristigen Auswirkungen durch die Exposition erfahren würde. Der Einfluss der Oxidation wäre bei anderen dolly Materialarten, insbesondere bei Kohlenstoffstahl, potenziell wesentlich größer.
Die durchschnittliche Ausfallrate bei der Klebstoff -Verklebung in Abhängigkeit von der Reinigungsmethode vor der Verklebung ist in Tabelle 3 dargestellt. Dieser vernachlässigbare Unterschied untermauert die Theorie, dass die vor dem Versand durchgeführte Bearbeitung von dollies eine eventuelle Entfettung dollies vor der Verwendung überflüssig macht, sofern diese vom Kunden sorgfältig gehandhabt werden.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Entwicklung von Hypothesen und die Auswahl und Eliminierung von Faktoren auf mehreren früheren Tests, Vergleichen und Experimenten beruhte. Einige der ausgeschlossenen Faktoren mit den entsprechenden Testergebnissen werden im Folgenden kurz dargestellt.
Die Wirkung des Kugelstrahlens dollies wurde mit der des Schaftfräsens verglichen. Dabei kamen drei Epoxidharze verschiedener Hersteller zum Einsatz. Insgesamt wurden 24 dollies unter Verwendung der beiden Bearbeitungsmethoden hergestellt und anschließend auf eine fest verklebte, mit weißem Epoxidharz beschichtete, gestrahlte Stahlplatte aufgebracht. Die durchschnittliche Haftbruchfestigkeit an der Schnittstelle zwischen dolly undKlebstoff betrug 2686 psi bei der kugelgestrahlten und 2786 psi bei der endgefrästen Oberfläche dollies. Eine anschließende Literaturrecherche trug zur Erklärung dieses Ergebnisses bei, da festgestellt wurde, dass die erwarteten Vorteile des Kugelstrahlens nur dann zum Tragen kommen, wenn die dollies innerhalb weniger Stunden nach der Vorbereitung auf die Beschichtung aufgebracht werden.2
Es ist allgemein anerkannt, dass Aluminium, das nach dem Chromsäure- oder Schwefelsäureverfahren eloxiert und versiegelt wurde, nach Entfettung und leichtem Abschleifen verklebt werden kann. Mit Phosphorsäure eloxiertes Aluminium weist die optimalen Oberfläche Eigenschaften für eine direkte Verklebung ohne Vorbehandlung auf, doch das behandelte dollies muss ebenfalls innerhalb weniger Stunden nach der Eloxierung verklebt werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.2Diese Theorie wurde anhand einer kleinen Stichprobe von dollies getestet, die etwa eine Woche nach der Eloxierung verklebt wurden. Die Verzögerung beim Verkleben der dollies war größtenteils auf unvermeidbare Versand- und Bearbeitungszeiten zurückzuführen. Diese Haftungsprüfungs- dollies wurden auch im Vergleich zu endgefrästen dollies getestet. Die eloxierten dollies wiesen um 20 bis 30 % geringere Haftfestigkeiten auf.
Es wurde ein Haftfestigkeitstest unter Verwendung einer Aluminium- Oberfläche -Grundierung durchgeführt, um die dolly Klebstoff Haftung zu maximieren. Die getestete Oberfläche Grundierung war Henkel Alodine 1132, die als vom Militär zugelassene Konversionsgrundierung Beschichtung ausdrücklich empfohlen wurde. Für den Haftfestigkeitstest wurden gleich viele dollies mit unterschiedlichen Bearbeitungsmethoden verwendet, darunter Zerspanung, Schaftfräsen, Schleifen mit Schleifpapier und Kugelstrahlen. Darüber hinaus wurden 6 verschiedene Zweikomponenten-Epoxidharze verwendet. Das Endergebnis war eine durchschnittliche Haftzugfestigkeit ( Klebstoff ) von 1776 psi mit dem Henkel-Produkt gegenüber 2277 psi ohne dieses. Dieses Ergebnis ist wahrscheinlich auf eine Kombination von Faktoren zurückzuführen, vor allem darauf, dass das Henkel-Produkt zwar ein weithin anerkanntes Klebemittel ist, jedoch nicht unbedingt über die für Abziehhaftungsprüfungen erforderliche Zugfestigkeit verfügt. Es ist anzumerken, dass das Henkel-Produkt bei einigen Kombinationen aus Klebstoffen und Abriebverfahren zwar die Abziehfestigkeit verbesserte, insgesamt jedoch zu niedrigeren Haftungswerten führte.
Ein letzter bemerkenswerter Vergleich betraf die Entfettung und Reinigung von dollies. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dollies , die abgeschliffen und sorgfältig behandelt worden waren, keine besonderen Entfettungs- und Reinigungsmethoden erforderten. Unabhängig davon, ob dollies mit Methylethylketon, Aceton oder Alkohol abgetupft oder einfach mit einem trockenen Tuch abgewischt wurden, waren die Unterschiede in den Haftbruchfestigkeiten statistisch nicht signifikant. Dollies Bei Proben, die abgeschliffen und dann ohne Reinigung oder Entfettung direkt aufgebracht wurden, ergaben sich niedrigere durchschnittliche Haftbruchfestigkeiten at an der Grenzfläche zwischen „ dolly “ und „ “ –Klebstoff . Bei der Untersuchung unter dem Mikroskop wiesen die Klebstoff , die bei diesen Versagenfällen auf dem Beschichtung zurückblieben, tendenziell eine höhere sichtbare Konzentration an Verunreinigungen auf ihrer Oberfläche auf (insbesondere durch Schleifverfahren wie das Abschleifen), wenn niedrigere Haftbruchfestigkeiten festgestellt wurden.
Diese vorläufigen Ergebnisse sowie die unerschwinglichen Kosten für zusätzliche Verfahren wie Kugelstrahlen, Eloxieren, Konversions Beschichtung n und Entfetten führten zur Entwicklung eines einfachen, aber ausgefeilten Verfahrens, das sich besser für die Umsetzung vor Ort durch den Kunden eignet.
Eine häufige Kundenanfrage, die in direktem Zusammenhang mit der Vorbereitung von „ dolly “ steht, betrifft die Wiederverwendung von Einweg- dollies. Dieser Wunsch kommt in der Regel von Kunden, die an Haftfestigkeitsprüfgeräte gewöhnt sind, bei denen die teureren Stahl- dollies zum Einsatz kommen. Bei solchen Anwendungen werden maßgeschneiderte Geräte angeboten, die es dem Kunden ermöglichen, Beschichtung und Klebstoff durch Erhitzen und zeitaufwändiges Abkratzen von der dolly zu entfernen. Die Anzahl der Wiederverwendungen von dolly wird in der Regel nur durch die Abnutzungserscheinungen an der dolly Oberfläche vor jeder Wiederverwendung begrenzt.
Aus Gesprächen mit zahlreichen Prüfern geht hervor, dass diese die Wiederverwendung von dollies oft ablehnen, da sie die dollies zwangsläufig als entscheidende Nachweise für die Prüfergebnisse aufbewahren müssen. Andere Kunden entscheiden sich dafür, dollies als dauerhafte Qualitätsunterlagen aufzubewahren, die den Erfolg des Abziehversuchs belegen und gleichzeitig relevante Details wie die Dicke des abgezogenen Beschichtung enthalten. Ein Ansatz, um die Wiederverwendung von dollies zu vermeiden, ist die Bereitstellung eines kostengünstigeren Einweg- dolly , das der Kunde nach der Prüfung entweder aufbewahren oder entsorgen kann.
Wenn der dolly in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden kann, ist eine Wiederverwendung kaum zu befürchten. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass von einer Wiederverwendung dringend abzuraten ist, wenn der dolly erheblich beschädigt oder abgenutzt ist. Dies ist häufiger und unmittelbarer bei dollies der Fall, die bei Abzügen mit hohem Druck durch die Schnellkupplung beschädigt werden können. Alle dolly können Unebenheiten aufweisen, die durch wiederholtes Schleifen oder Bearbeiten beim Reinigen früherer Testbeschichtungen und Klebstoffe entstehen.
Die in diesem Artikel dokumentierten Experimente, Tests und Vergleiche zeigen, dass Hersteller die erforderlichen Geräte und Verfahren bereitstellen müssen, um dollies ordnungsgemäß für wiederholbare Abziehhaftungsprüfungen vorzubereiten. Zwar gibt es unzählige chemische und mechanische Lösungen zur Vorbereitung von dollies, doch es wird vermutet, dass es einfachere und kostengünstigere Methoden zum Abschleifen von dollies geben könnte. Im Fall des untersuchten Aluminium- dollies s reichte das Abschleifen mit einem Scotch-Brite-Pad, gefolgt von einer Reinigung mit einem trockenen Tuch, mehr als aus, um fehlerhafte Abziehhaftungstests aufgrund von Klebstoff –dolly – zu vermeiden.
Die im Artikel kurz erwähnten Versuchsergebnisse zeigen zudem, dass unterschiedliche Material- und „ Klebstoff “-Kombinationen möglicherweise jeweils eigene optimale Herstellungsverfahren erfordern. Die Versuche ergaben, dass Änderungen der Schleifmethode die Haftfestigkeit bei einer Art von „ Klebstoff “ erhöhten, bei einer anderen hingegen verringerten. Nicht alle diese Alternativen wurden vollständig untersucht, da ihre vorläufigen Haftbruchfestigkeiten für eine bestimmte Klebstoff und den dazugehörigen dolly -Vorbereitungsprozess noch deutlich niedriger waren. Da Faktoren wie Beschichtung -Kompatibilität und Aushärtungszeit den Einsatz eines bestimmten Klebstoff für bestimmte Anwendungen einschränken können, wird empfohlen, die in diesem Artikel erörterten Faktoren als Rahmen für die Auswahl und Überprüfung von kundenseitigen Änderungen an der vom Hersteller empfohlenen dolly -Vorbereitungsmethode heranzuziehen.
Weitere Informationen finden Sie in unserem PosiTest AT, Ressourcen für Adhäsionsprüfungen, und dollies.
DeFelsko bedankt sich bei Mike Munsell, einem Konstruktionsingenieur at Vantico, für seine unschätzbare technische Unterstützung sowie bei Bill Corbett und KTA-Tator für die Bereitstellung von Mustern und den Austausch von Erfahrungen während der Testphase des PosiTest.
ΠScotch-Brite ist eine eingetragene Marke der Firma 3M
1 "Adhesion and Adhesives Technology", Dr. Alphonsus V. Pocius, Hanser Publications, Cincinnati, Ohio, USA
2 „Oberfläche : Vorbereitung und Vorbehandlungen“, Vantico Ltd, Duxford, Cambridge, Großbritannien
