罗姆胶粘及复合材料分析仪LUMiFrac

关键词:增材制造，金属疲劳，离心机，新型试验方法 背景:增材制造(AM)技术允许实现轻量级设计，增加集成功能的目标。它们具有减少原材料的浪费和灵活的几何设计的特点。AM避免了昂贵的模具，缩短了设计、生产和测试之间的时间，使开发周期更快。这些优点使AM在航空工业和医疗技术中的应用特别有趣。 尽管AM有许多优点，但作为一种制造技术，业界在接受这项技术时一直持谨慎态度。粉末的逐层产生使其机械性能下降，仅在制造过程中产生的特性，导致AM组件尚未完全被认可。仅仅确定静态强度是不够的，因为在一个永久的振荡负荷下，例如在飞机上，故障可能发生在一个远低于静态强度的水平。疲劳测试是一种实现AM作为生产技术，能更好的被理解和更广泛认可的方法。由于传统的疲劳试验方法耗时，且试样生产需要大量的材料，所以急需新的检测AM零件的方法。 目的:研究目前常用的LUMiFrac粘附力分析仪确定粘结剂的粘结强度，可用于测试粘结剂的拉伸性能和采用(AM)技术制备的AlSi7Mg0.6试样的疲劳性能。 方法:通过设计多个测试周期，考虑仪器的测试要求，并结合AM工艺的具体特点，调整样本的几何形状。样品是由TruPrint 1000 LBM系统制造。LUMiFrac可同时检测多达8个样品测试（参见图1-右侧）。

热熔胶是一种特殊类型的粘合剂，通常基于低熔点聚合物，不使用任何溶剂，不固化和交联。由于其易加工、安全性高，良好的耐化学性以及较低的价格，常常被应用于包装、纺织、建筑和电子工业等领域。 研发工程师在工作中经常会遇到大量可能适用于特定热熔胶应用的聚合物。但拿到样品数据及属性通常不明确或仅特定用于某个生产商，不代表实际应用中的需求。在此情况下，需要寻求一种快速高效的方法来评价此类热熔胶的粘附特性，从而可以更高效地筛选和评估合格适用的热熔胶。 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是工业和科学文献中最常用的热熔胶之一。对乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与芳烃树脂的共混物进行了流变学表征，并对其粘接性能进行了研究。筛选了不同醋酸乙烯含量对粘弹性行为的影响。通过动态机械热分析研究了增粘剂的相容性，发现基于松香的增粘剂的相容性优于基于碳氢树脂的增粘剂。对乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、碳酸钙和萜烯-苯酚树脂组成的三元混合物进行了流变学研究，并将粘附强度与材料的粘弹性性质联系起来。 大多数试验方法都是在不同等级的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物上进行的。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔体流动指数范围很广，并且对各种粘附物表现出良好的粘附性能。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的性能主要受其醋酸乙烯酯含量和熔体流动指数的影响，熔体流动指数与分子量有关。本次实验的目的是评估适合聚酰胺-钛混合基质连接的热熔胶，包括这些聚合物的表征、润湿和粘合行为。

胶粘剂粘接是一种用于碳纤维复合材料(CFRP)航空航天结构的既节省重量又符合材料要求的连接方法。除了热固性基体的普遍使用外，高性能的热塑性基体也越来越引起人们的兴趣。一般情况下，CFRP表面需要进行预处理，以获得可靠的连接。除了清洁表面污染物外，表面处理过程还用于改变表面性能以增强附着力。 为了探讨表面功能化对提高聚合物粘附力的作用，慕尼黑联邦国防军大学-航空航天工程系-材料科学学院和德国联邦国防军材料、燃料和润滑剂研究所共同以聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）和环氧树脂（RTM6）为基体,研究了氧低压等离子体（LPP）和真空-UV（VUV）两种物理预处理方法的效果。用不同极性溶剂对聚合物表面进行表面处理后，再对聚合物表面进行清洗。利用X射线光电子能谱(XPS)、接触角测量和原子力显微镜(AFM)对样品预处理前、预处理后和洗涤后的表面化学、润湿性和形貌进行了研究。并利用LUM公司的离心粘合拉伸试验（CATT）验证粘结强度。

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。在航空航天、汽车工业、化工、纺织和机械制造、医学、体育运动器件、建筑等领域都有广泛的应用。 由于基体材料不同，复合材料有多种不同的成型方法。而对于多层复合材料，层间结合强度是对之评价的非常重要的参数。 本文选取了5种双层聚合物复合材料，利用LUMiFrac测量其层间结合强度。

由于相比传统的结构连接方法(如铆接)有很多优势，粘接剂连接越来越多地应用于许多行业，。尤其适在纤维增强复合材料行业，因为铆钉会打断纤维，从而削弱了层合板的力学性能。在航空结构中，粘接可以应用于金属-金属接头、复合材料-复合材料接头和复合材料-金属接头，以及部件的装配和修补。 粘接接头的质量取决于胶粘剂、制造工艺、环境和载荷工况，以及被粘接基材的表面。CFRP（碳纤维增强塑料）组件用粘合剂粘合的表面通常是纹理表面，这是由于在生产过程中使用过程中使用脱模布或机械预处理，如砂光或铣削。 脱模布用于纤维增强塑料的制造,有两个目的:在运输和储存过程中保护零件表面以及在随后的工作步骤中（如胶粘剂粘接），产生具有所需表面特性的可粘接表面。然而脱模布的使用并不简单。脱模布不仅很难去除，而且由脱模布产生的表面在粗糙度和元素组成方面发生了改变。本文研究了氟基脱模剂对碳纤维增强复合材料粘接性能的影响。在筛选范围内，研究了14种氟基脱模剂——ETFE脱模薄膜、PTFE涂层玻璃织物以及PTFE纤维织物。初步研究表明ETFE薄膜在粘附方面具有优势。研究内容包括:用剥离试验测定脱模剂的撕裂强度;测定了大气压等离子体预处理前后的元素组成(XPS)和表面特征(SEM)，通过离心黏附试验表征了拓扑结构变化对和黏附强度的影响。

本文介绍了用分析离心法定量测定抗拉强度和抗剪强度的新方法。 所有测量均采用cat技术(离心粘结力测试)进行。 CAT技术的测试原理利用前文已有介绍，请参阅： https://mp.weixin.qq.com/s/pBTcyIsLE9LmnXv0WfFrIg（粘结力/附着力/粘结强度分析仪 Adhesion Analyser LUMiFrac®）

本文选取了4种PP箔上的微芯片来进行试验，由于PP箔非常软，容易变形，因此需要先对样品预处理，在样品背后粘结铝制支撑板，支撑板的作用是阻止样品变形，以得到真实的强度结果。验证LUMiFrac在微型电器元器件焊接强度测量中的应用。

骨修复作为生物医学工程中的一项主要挑战，鼓励了各种新方向。其中，结构金属是骨植入材料的一个主要和成熟的类别。目前在该类别中，Ti6Al4V (TC4) 是最常用的，因为它具有优异的平衡性能，例如：相对较低的弹性模量和防腐性能。然而，TC4显示出各种不良反应，例如缺乏骨诱导性、生物活性弱、耐磨性差和应力屏蔽，这往往限制了其在长期临床使用中的广泛应用。另一方面，需要改进钛合金上细胞和组织的粘附、增殖和分化，以确保长期手术成功。 研究人员采用了一系列物理和化学处理方法来改变种植体表面，将软聚合物应用在硬质金属基材表面以提高其体内反应。丝素蛋白（SF）是一种众所周知的天然纤维蛋白聚合物，已应用于骨组织的修复和再生，并被证明是一种有效的骨细胞增殖、成骨和骨矿化支架材料。也能够通过β-折叠物理交联在钛基医疗材料上形成强水凝胶的SF涂层，改善植入物的生物活性、机械性能和细胞生长。 尽管钛及其合金上的聚合物涂层取得了进展，但仍然存在挑战。例如，聚合物和合金基材之间的弱结合使得涂层很容易剥落。该实验的目的是建立一种方便的物理沉积方法，以在最常用的 TC4 合金上制造SF涂层，旨在提高钛合金在骨组织工程中SF涂层与TC4基材之间的界面结合强度。