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環(huán)氧膠脫落失效分析與改進(jìn)方法

嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2021-07-28 21:07

摘要：通過(guò)對(duì)比不同廠家的鐵橋表面形貌（SEM）、元素分析（EDS）、主成分分析（FTIR）、成分分析（Py-GCMS）、表面接觸角分析、得知出現(xiàn)脫落的鐵橋表面形貌比較光滑、含有較多的C元素、表面接觸角較大、有較多的聚乙烯，結(jié)果表明環(huán)氧膠與鐵橋脫落的根本原因是由于鐵橋表面有較多的聚乙烯蠟，降低了鐵橋的表面能，影響了環(huán)氧膠與涂層的物理吸附能力，影響物理鉚接的形成，導(dǎo)致粘結(jié)不良。

案例背景

樣品為空調(diào)用變壓器，變壓器是通過(guò)環(huán)氧膠把鐵橋與線圈粘結(jié)在一起，鐵橋表面有一層涂層，在變壓器測(cè)試過(guò)程中有振動(dòng)，拆開(kāi)變壓器，發(fā)現(xiàn)鐵橋與線圈發(fā)生脫落，鐵橋表面幾乎沒(méi)有殘留的環(huán)氧膠，委托方有兩個(gè)不同的鐵橋供應(yīng)商，其中一家會(huì)出現(xiàn)鐵橋與線圈粘結(jié)不良情況，另一家不會(huì)出現(xiàn)，特提供不同供應(yīng)商鐵橋進(jìn)行對(duì)比分析，查找鐵橋與線圈脫落的原因。

1. 分析項(xiàng)目

1.1 形貌觀察

利用電子掃描顯微鏡對(duì)不同廠家鐵橋表面形貌進(jìn)行對(duì)比分析，脫落鐵橋涂層表面相對(duì)比較光滑，有球形顆粒狀物質(zhì)，而未脫落供應(yīng)商鐵橋涂層表面呈現(xiàn)規(guī)則的粗糙紋路，無(wú)明顯的球狀顆粒物質(zhì)存在，如圖1所示。

環(huán)氧膠脫落失效分析與改進(jìn)方法

圖1. 不同供應(yīng)商鐵橋表面SEM圖片

1.2 EDS元素分析

利用X射線能譜儀（EDS），對(duì)不同供應(yīng)商鐵橋表面涂層的元素進(jìn)行分析，結(jié)果詳見(jiàn)表1所示，脫落鐵橋的表面含有的C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)52.4，而未脫落鐵橋C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為18.5，脫落鐵橋表面含C量遠(yuǎn)高于未脫落鐵橋表面。

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圖2.脫落鐵橋表面能譜圖

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圖3.未脫落鐵橋表面能譜圖

表2.脫落鐵橋與未脫落鐵橋涂層表面EDS結(jié)果

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1.3 成分分析

1.3.1 FTIR分析

利用傅里葉顯微紅外光譜儀對(duì)不同供應(yīng)商鐵橋表面涂層的主成分進(jìn)行分析，圖4為不同供應(yīng)商的紅外譜圖，比較兩者的紅外光譜圖，脫落的鐵橋多出719.96cm-1的吸收峰，該峰是CH2序列的平面搖擺振動(dòng)特征吸收峰，表明不良品中含有長(zhǎng)鏈烯烴的物質(zhì)。

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圖4.不同供應(yīng)商鐵橋表面涂層FTIR譜圖

1.3.2 Py-GCMS分析

利用裂解-氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀不同供應(yīng)商鐵橋表面涂層進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果詳見(jiàn)表3。脫落鐵橋涂層比未脫落鐵橋涂層多出聚乙烯的成分，脫落的球形顆粒為聚乙烯蠟，聚乙烯蠟是非極性物質(zhì)，表面能低，不利于膠黏劑在涂層上面潤(rùn)濕鋪展。

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圖5.不同鐵橋涂層表面Py-GC/MS譜圖

1.4 表面接觸角分析

表面接觸角是間接表征固體表面能的參數(shù)，接觸角與表面張力成反比，接觸角越大，表面張力越小，表面張力越小，膠與基材實(shí)際接觸面積小，越難粘結(jié)。利用水滴角測(cè)試不同供應(yīng)商鐵橋表面接觸角，結(jié)果所示：不良品的表面接觸角為平均值為102.2º，良品的表面接觸角為78.4º，不良品的表面接觸角遠(yuǎn)大于良品的表面接觸角，接觸角越大，膠與表面接觸的面積越小，不利于粘結(jié)。

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圖6. 不同鐵橋涂層表面接觸角圖片

2. 結(jié)論

環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)機(jī)理：

環(huán)氧樹(shù)脂的粘結(jié)主要分為三方面：

一是環(huán)氧和材料表面游離的羥基等活性基團(tuán)直接開(kāi)環(huán)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵；

二是環(huán)氧中醚鍵和羥基與材料表面形成氫鍵；

三是材料表面吸附環(huán)氧粘合劑，形成物理鉚接。

分析結(jié)果：

良品與不良品的涂層均為以鋅為防銹顏料的富鋅涂層，不良品中添加有聚乙烯蠟顆粒，加入聚乙烯蠟有利于鋅粉等填料在涂層的分散，增加涂層的耐磨、耐刮傷性以及涂料的儲(chǔ)存性，但聚乙烯是非極性物質(zhì)，表面張力較低，會(huì)降低環(huán)氧膠與涂層的吸附能力，導(dǎo)致粘結(jié)不良。

綜合以上分析，可以得出以下結(jié)果：

鐵橋與環(huán)氧膠粘結(jié)不良的根本原因是鐵橋涂層含有較多的表面能低的聚乙烯蠟，降低了環(huán)氧膠與涂層的物理吸附能力，影響物理鉚接的形成，導(dǎo)致粘結(jié)不良。

建議：

1）降低聚乙烯蠟的含量，提高涂層的表面張力。

2）增加鐵橋表面粗糙度處理工序，提高環(huán)氧膠與涂層物理吸附作用力。

來(lái)源：Internet

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