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环氧胶脱落失效分析与改进方法

2021-07-29  浏览量:9

 

摘要:通过对比不同厂家的铁桥表面形貌(SEM)、元素分析(EDS)、主成分分析(FTIR)、成分分析(Py-GCMS)、表面接触角分析、得知出现脱落的铁桥表面形貌比较光滑、含有较多的C元素、表面接触角较大、有较多的聚乙烯,结果表明环氧胶与铁桥脱落的根本原因是由于铁桥表面有较多的聚乙烯蜡,降低了铁桥的表面能,影响了环氧胶与涂层的物理吸附能力,影响物理铆接的形成,导致粘结不良。

 

案例背景

样品为空调用变压器,变压器是通过环氧胶把铁桥与线圈粘结在一起,铁桥表面有一层涂层,在变压器测试过程中有振动,拆开变压器,发现铁桥与线圈发生脱落,铁桥表面几乎没有残留的环氧胶,委托方有两个不同的铁桥供应商, 其中一家会出现铁桥与线圈粘结不良情况,另一家不会出现,特提供不同供应商铁桥进行对比分析,查找铁桥与线圈脱落的原因。

 

1. 分析项目

1.1 形貌观察

利用电子扫描显微镜对不同厂家铁桥表面形貌进行对比分析,脱落铁桥涂层表面相对比较光滑,有球形颗粒状物质,而未脱落供应商铁桥涂层表面呈现规则的粗糙纹路,无明显的球状颗粒物质存在,如图1所示。

 

环氧胶失效分析

图1. 不同供应商铁桥表面SEM图片

 

1.2 EDS元素分析

利用X射线能谱仪(EDS),对不同供应商铁桥表面涂层的元素进行分析, 结果详见表1所示,脱落铁桥的表面含有的C元素质量分数52.4,而未脱落铁桥C元素质量分数仅为18.5,脱落铁桥表面含C量远高于未脱落铁桥表面。

 

环氧胶失效分析

图2. 脱落铁桥表面能谱图

 

环氧胶失效分析

图3. 未脱落铁桥表面能谱图

 

表2. 脱落铁桥与未脱落铁桥涂层表面EDS结果

样品名称 位置 元素
C O Si Ti Fe Zn
脱落铁桥 区域1 52.4 3.8 2.2 金博体育0.4 1.6 39.6
区域2 52.4 3.9 2.2 0.4 1.8 39.2
未脱落铁桥 区域1 18.4 4.6 5.5 / 2.0 69.4
区域2 18.6 4.9 5.8 / 2.1 68.6

 

 

1.3 成分分析

1.3.1 FTIR分析

利用傅里叶显微红外光谱仪对不同供应商铁桥表面涂层的主成分进行分析,图4为不同供应商的红外谱图,比较两者的红外光谱图,脱落的铁桥多出719.96cm-1的吸收峰,该峰是CH2序列的平面摇摆振动特征吸收峰,表明不良品中含有长链烯烃的物质。

 

环氧胶失效分析

图4. 不同供应商铁桥表面涂层FTIR谱图

 

1.3.2 Py-GCMS分析

利用裂解-气相质谱联用仪不同供应商铁桥表面涂层进行成分分析,分析结果详见表3。脱落铁桥涂层比未脱落铁桥涂层多出聚乙烯的成分,脱落的球形颗粒为聚乙烯蜡,聚乙烯蜡是非极性物质,表面能低,不利于胶黏剂在涂层上面润湿铺展。

 

环氧胶失效分析

图5. 不同铁桥涂层表面Py-GC/MS谱图

 

1.4 表面接触角分析

表面接触角是间接表征固体表面能的参数,接触角与表面张力成反比,接触角越大,表面张力越小,表面张力越小,胶与基材实际接触面积小,越难粘结。利用水滴角测试不同供应商铁桥表面接触角,结果所示:不良品的表面接触角为平均值为102.2º,良品的表面接触角为78.4º,不良品的表面接触角远大于良品的表面接触角, 接触角越大,胶与表面接触的面积越小,不利于粘结。

 

环氧胶失效分析

图6. 不同铁桥涂层表面接触角图片

 

2. 结论

环氧树脂的粘结机理:

环氧树脂的粘结主要分为三方面:

一是环氧和材料表面游离的羟基等活性基团直接开环反应,形成化学键;

二是环氧中醚键和羟基与材料表面形成氢键;

三是材料表面吸附环氧粘合剂,形成物理铆接。

 

分析结果:

良品与不良品的涂层均为以锌为防锈颜料的富锌涂层,不良品中添加有聚乙烯蜡颗粒,加入聚乙烯蜡有利于锌粉等填料在涂层的分散,增加涂层的耐磨、耐刮伤性以及涂料的储存性,但聚乙烯是非极性物质,表面张力较低,会降低环氧胶与涂层的吸附能力,导致粘结不良。

综合以上分析,可以得出以下结果:    

铁桥与环氧胶粘结不良的根本原因是铁桥涂层含有较多的表面能低的聚乙烯蜡,降低了环氧胶与涂层的物理吸附能力,影响物理铆接的形成,导致粘结不良。

 

建议:

1) 降低聚乙烯蜡的含量,提高涂层的表面张力。

2) 增加铁桥表面粗糙度处理工序,提高环氧胶与涂层物理吸附作用力。

 

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