이 기사에서는 돌리 접착제 계면에서 강한 결합을 보장하기 위한 돌리 준비 과정과 풀오프 접착 테스트의 반복성을 극대화하는 데 있어 돌리의 중요성에 대해 설명합니다.
휴대용 풀오프 접착 시험기, 같은 PosiTest AT, 지정된 직경의 코팅을 기판에서 떼어내는 데 필요한 힘을 측정합니다. 이 측정된 인발력은 코팅과 기판 사이의 접착 강도를 직접 나타냅니다. 접착제와 제대로 준비되지 않은 돌리 사이의 의도하지 않은 결합 실패와 같은 풀오프 변동의 원인을 제거함으로써 접착 테스트 결과가 훨씬 더 의미 있고 예측 가능해집니다.
풀오프 접착 테스터의 주요 구성 요소는 압력 소스, 압력 게이지 및 액추에이터입니다. 작동 동안, 풀 스터브 (돌리)의 평면은 평가 될 코팅에 접착된다. 접착 접착제가 경화되도록 허용한 후 액추에이터의 커플링 커넥터가 돌리에 부착됩니다. 압력 소스를 활성화하면 시스템 내의 액추에이터에 대한 압력이 천천히 증가합니다. 액추에이터의 압력이 코팅과 기판 사이의 결합 강도보다 커지면 분리가 발생하고 액추에이터-돌리 어셈블리가 기판에서 코팅을 들어 올립니다(그림 1 참조). 시스템 압력 게이지의 최대 압력 표시기는 풀오프가 발생한 압력을 직접 판독합니다.
풀오프 테스트의 이론 및 요구 사항에 대한 자세한 내용은 가장 적용 가능한 두 가지 국제 표준인 ISO 4624 "페인트 및 바니시 - 접착력 풀오프 테스트 " 및 ASTM D4541-"Standard 휴대용 접착력 테스터를 사용한 코팅의 풀오프 강도 테스트 방법"을 참조하시기 바랍니다.
풀오프 접착 테스터용 돌리는 알루미늄, 탄소강 및 스테인리스강을 포함한 다양한 금속으로 구성됩니다. 이 연구에서 수행 된 테스트는 DeFelsko와 함께 사용되는 일회용 알루미늄 돌리에 초점을 맞추었지만 PosiTest AT ASTM D 4541의 제안된 부록 A5(그림 2 참조)에서 확인된 풀오프 접착 테스터, 논의된 원칙은 모든 돌리 유형에 적용됩니다. 돌리 준비는 일반적으로 탈지, 마모 및 청소의 세 가지 중요한 단계로 구성됩니다.
탈지는 접착할 표면에서 미량 오일이나 그리스를 제거하는 것을 말합니다. 여기에는 돌리를 취급하는 사람의 피부에서 나온 오일이 포함될 수 있습니다. 마모 는 돌리 표면의 프로파일을 적극적으로 변경하는 것입니다. 마모는 접착에 사용할 수 있는 표면적을 늘리고 산화 또는 녹을 제거하는 두 가지 주요 목적을 제공합니다. 청소 는 단순히 접착할 표면에서 느슨한 입자, 특히 마모로 인해 생성된 입자를 제거하는 것입니다.
일부 돌리 유형은 배송 전에 가공되어 가공 공정과 취급 및 포장에 대한 후속 관리가 오염을 제거하기 때문에 돌리를 탈지해야 하는 고객의 필요성을 완화합니다.
일반적으로 제조업체는 돌리를 부착하기 전에 준비를 용이하게 하기 위해 고객에게 해당 장비, 재료 및 지침을 제공합니다. 제조업체가 권장하는 준비 방법은 돌리의 마모 및 청소 방법에 대한 광범위한 실험실 테스트를 기반으로 해야 합니다. 또한 준비 방법은 작업자와 응용 분야 간에 반복 가능한 결과를 보장할 수 있을 만큼 명확하고 간단하며 상세해야 합니다.
다음 돌리 준비 권장 사항은 일반적으로 허용되는 방법 및 후속 실험 결과에 대한 조사 결과를 사용하여 연구 중인 Annex A5 접착 테스터에 최적화되었습니다. 1
제품 검증 설계 단계에서 이전에 수행된 테스트 및 비교 결과를 확인하고 요약하기 위해 상세한 실험이 개발되었습니다. 실험의 목적은 산화 및 돌리 준비 (탈지, 마모 및 세척)가 접착력에 미치는 영향을 직접 측정하는 것이 었습니다. 테스트 방법은 다른 테스트 중에 선택된 적절한 접착제를 사용하여 코팅 된 탄소 강판에 48 개의 알루미늄 테스트 돌리를 무작위로 접착하는 것을 포함했습니다. 이 연구의 목적은 접착제와 돌리 사이의 결합 강도에 영향을 미치는 요인을 평가하는 것이었기 때문에 이전에 선택한 Araldite 2011 접착제에도 잘 접착되는 매우 강한 접착제와 응집력 있는 결합을 가진 기판 및 코팅 조합을 개발하려는 시도가 있었습니다. 이를 달성하기 위해 동일한 Araldite 2011의 4mil 코팅을 선박의 선체에서 가져온 1/4" 두께의 탄소 강판에 구웠습니다. 강판은 잠재적인 표면 부식 및 오염의 몇 밀을 분쇄한 다음 알코올과 마른 천으로 청소하여 조심스럽게 준비했습니다. 그 결과 48번의 풀오프 접착 테스트 동안 의도하지 않은 코팅 실패를 방지하기에 충분한 결합 강도를 가진 코팅된 기판이 탄생했습니다.
시험 돌리는 마모 방법, 산화 기간, 세척 방법 및 접착제 경화 시간에 따라 동일하게 분할되었습니다. 돌리 마모의 네 가지 방법에는 기계 평탄화, 엔드 밀링, 미세 모래 사포 및 스카치 브라이트™ 패드에 문지르는 것이 포함되었습니다. 마모 된 돌리의 각 그룹은 적용 전에 세 가지 다른 시간 간격 (7 일, 24 시간 및 몇 분) 동안 공기에 노출 된 상태로 남겨 두었습니다. 코팅에 부착하기 전에 돌리를 마른 천으로 닦거나 알코올에 적신 면봉으로 닦은 다음 마른 천으로 닦았습니다. 최종 결과는 각각의 가능한 방법 조합을 사용하여 준비된 두 개의 샘플이었습니다. 그런 다음 이러한 각 쌍의 샘플을 풀 테스트 전에 24시간 또는 5일 동안 경화되도록 허용했습니다.
결과는 각 요인별로 표로 작성되었으며 12 돌리의 각 세트에 대한 마모 방법에 의한 평균 결과는 표 1에 나열되어 있습니다. 예상대로 준비에 중요한 요소는 마모 방법이었습니다. 결과를 돌리의 마모 방법과 비교할 때 예측 가능한 패턴이 나타납니다. 가장 약한 본드는 가공 전용 및 최종 밀링 돌리였습니다. 이 돌리는 돌리 접착 실패에 거의 100%의 접착력을 경험했습니다. 이는 두 가지 준비 방법 모두 표면이 비교적 매끄럽기 때문에 예상되었지만 엔드 밀 공정은 돌리 표면에 큰 가시 홈을 배치합니다. 이 홈은 돌리의 표면적을 증가시켜 실패 전에 입증된 약간 더 높은 결합 강도를 설명할 수 있습니다.
이전 테스트에서 알 수 있듯이 Scotch-Brite 패드는 사포가 두 번째로 높은 전체 결합 강도를 달성했습니다. Scotch-Brite 패드와 사포의 시각적 마모 결과는 유사하지만 Scotch-Brite와 같은 3차원 연마 컨디셔닝 패드를 사용한 미세 구조(표면 프로파일)가 접착에 더 도움이 될 가능성이 높습니다. 접착이 발생하려면 어떤 형태의 모세관 반응이 접착제를 미세 구조로 끌어 당겨야하므로 그릿이나 마모 방법으로 인한 사소한 변화가 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
또 다른 흥미로운 결과는 사포와 스카치-브라이트 사이의 편차가 훨씬 더 높다는 것입니다. 이 결과는 사포 표면에서 관찰 된 알루미늄의 빠른 축적과 관련이있을 수 있으며, 이는 적용 사이에 청소하기 어렵습니다. 결과적으로 모든 돌리가 동일한 미세 구조를받을 가능성은 없습니다. Scotch-Brite 패드는 알루미늄 먼지가 직물을 통해 떨어지도록 하여 보다 반복 가능한 미세 구조를 제공하는 것으로 보입니다. Scotch-Brite 패드는 또한 더 느린 속도로 마모되어 덜 자주 교체해야 합니다.
마모 후 산화 시간에 따른 평균 접착 결합 파괴는 표 2에 나와 있습니다. 결합 강도의 이러한 비교적 작은 차이는 알루미늄 돌리에 대한 산화의 제한된 영향 때문일 수 있습니다. 알루미늄은 일반적으로 공기에 노출되는 즉시 얇은 산화 알루미늄 층을 생성하기 때문에 오염되지 않은 돌리는 장기간 노출 효과를 경험하지 않는 것이 합리적입니다. 산화의 영향은 잠재적으로 다른 돌리 재료 유형, 특히 탄소강에서 훨씬 더 중요합니다.
접합 전의 세정 방법에 기초한 평균 접착 결합 실패는 표 3에 나와 있습니다. 이 무시할 수 있는 차이는 돌리의 선적 전 가공이 고객이 신중하게 취급하는 한 사용하기 전에 돌리를 탈지할 잠재적인 필요성을 제거한다는 이론을 더욱 뒷받침합니다.
가설의 개발과 요인의 선택 및 제거는 이전의 몇 가지 테스트, 비교 및 실험을 기반으로한다는 점에 유의해야합니다. 관련 테스트 결과와 함께 제거 된 요소 중 일부는 아래에 간략하게 설명되어 있습니다.
샷 블라스팅 돌리의 효과는 엔드 밀링과 비교되었습니다. 다른 제조업체의 세 가지 에폭시가 사용되었습니다. 총 24 개의 돌리가 두 가지 마모 방법을 사용하여 제조 된 다음 강하게 결합 된 흰색 에폭시 코팅 블라스트 강판에 부착되었습니다. 돌리-접착제 계면의 평균 결합 파괴 강도는 쇼트 블라스팅의 경우 2686psi, 최종 밀링된 돌리의 경우 2786psi였습니다. 후속 문헌 검색은 샷 블라스팅의 예상되는 이점은 돌리가 준비 후 몇 시간 이내에 코팅에 부착되는 경우에만 실현될 수 있다는 점에 주목함으로써 이 결과를 설명하는 데 도움이 되었습니다. 2
크롬 또는 황산 방법으로 양극 산화 처리되고 밀봉 된 알루미늄은 탈지 및 가벼운 마모 후에 결합 될 수 있다는 것이 일반적으로 인정됩니다. 인산 양극 산화 알루미늄은 전처리 없이 직접 접착하기에 최적의 표면 특성을 갖지만 처리된 돌리도 원하는 효과를 위해 양극 산화 처리 후 몇 시간 이내에 접착해야 합니다. 2 이 이론은 아노다이징 후 약 1주일 후에 부착된 돌리의 작은 샘플로 테스트되었다. 돌리 부착 지연은 주로 불가피한 배송 및 취급 시간 때문이었습니다. 이러한 접착 테스트 돌리는 또한 최종 밀링된 돌리에 대해 테스트되었습니다. 양극 산화 처리 된 돌리는 결합 강도가 20-30 % 낮았습니다.
접착 시험은 돌리 접착 결합을 최대화하기 위해 알루미늄 표면 프라이머를 사용하여 수행되었다. 테스트된 표면 프라이머는 헨켈 알로딘 1132로, 군용 변환 코팅으로 적극 권장되었습니다. 접착 테스트는 기계 가공, 엔드 밀링, 사포 및 쇼트 블라스팅을 포함한 다양한 마모 방법의 동일한 수의 돌리를 사용했습니다. 또한, 6개의 상이한 2액형 에폭시가 사용되었다. 최종 결과는 헨켈의 평균 접착 실패 결합 강도가 1776psi인 반면 헨켈을 사용할 경우 2277psi였습니다. 이러한 결과는 여러 요인의 조합에 기인할 수 있으며, 가장 중요한 것은 헨켈 제품이 높은 결합제이지만 풀오프 접착 테스트에 사용되는 데 필요한 인장 강도를 반드시 갖는 것은 아니라는 점입니다. 헨켈 제품은 접착제와 마모 방법의 일부 조합에 대해 풀오프 테스트 강도를 개선했지만 전반적으로 접착 테스트 판독값이 낮아졌다는 점에 유의해야 합니다.
마지막으로 주목할만한 비교는 돌리의 탈지 및 청소와 관련이 있습니다. 간단히 요약하자면, 마모되고 조심스럽게 취급된 돌리에는 특별한 탈지 및 청소 방법이 필요하지 않았습니다. 돌리를 메틸 에틸 키톤, 아세톤 또는 알코올로 닦거나 마른 천으로 간단히 닦았는지 여부에 관계없이 결합 실패 강도의 변화는 통계적으로 유의하지 않았습니다. 연마된 후 세척이나 탈지 없이 직접 도포된 돌리는 돌리 접착제 계면에서 평균 결합 파괴 강도가 낮아졌습니다. 현미경으로 연구했을 때, 이러한 실패로 인해 코팅에 남아있는 접착제는 더 낮은 결합 파괴 강도가 주목되었을 때 표면에 더 높은 가시 오염 물질 농도 (특히 샌딩과 같은 마모 방법으로 인해)를 갖는 경향이있었습니다.
이러한 예비 결과는 쇼트 블라스팅, 아노다이징, 변환 코팅 및 탈지와 같은 공정을 추가하는 데 드는 엄청난 비용과 결합되어 고객의 현장 구현에 더 도움이 되는 간단하면서도 세련된 공정의 개발로 이어졌습니다.
돌리 준비와 직접 관련된 일반적인 고객 문의는 일회용 돌리의 재사용입니다. 이러한 욕구는 일반적으로 더 비싼 강철 돌리를 사용하는 접착 테스터에 익숙한 고객으로부터 비롯됩니다. 이러한 응용 분야는 고객이 가열 및 시간 소모적인 스크래핑을 통해 돌리에서 코팅 및 접착제를 제거할 수 있는 맞춤형 장비를 제공합니다. 돌리가 재사용될 수 있는 횟수는 전형적으로 각각의 재사용 전에 돌리 표면에 대한 마모의 효과에 의해서만 제한된다.
수많은 검사관과의 논의를 바탕으로, 그들은 종종 돌리를 테스트 결과의 중요한 증거로 유지해야하는 고유 한 필요성 때문에 돌리를 재사용한다는 개념을 무시합니다. 다른 고객은 돌리를 풀오프의 성공을 입증하는 영구적인 품질 기록으로 유지하는 동시에 당겨진 코팅의 두께와 같은 관련 세부 정보를 제공하기로 선택합니다. 돌리의 재사용을 제거하는 한 가지 방법은 고객이 테스트 후 저장하거나 폐기하도록 선택할 수 있는 보다 저렴한 일회용 돌리를 제공하는 것입니다.
돌리를 원래 상태로 되돌릴 수 있다면 재사용에 거의 해를 끼치 지 않습니다. 그러나 돌리에 심각한 손상이나 마모가 발생하면 재사용을 강력히 권장하지 않습니다. 이것은 고압 풀오프 동안 퀵 커플링에 의해 마킹될 수 있는 알루미늄 돌리에서 더 일반적이고 즉각적입니다. 모든 돌리 표면은 이전 테스트 코팅 및 접착제를 청소하는 동안 반복적인 샌딩 또는 기계 가공으로 인해 표면이 고르지 않을 수 있습니다.
이 기사 전체에 문서화된 실험, 테스트 및 비교는 제조업체가 반복 가능한 풀오프 접착 테스트를 위해 돌리를 적절하게 준비하는 데 필요한 장비와 방법을 제공해야 할 필요성을 보여줍니다. 돌리를 준비하는 데 무한한 화학적 및 기계적 솔루션이 있음을 인식하면서 돌리를 연마하는보다 간단하고 저렴한 방법이 존재할 수 있다고 제안됩니다. 연구 된 특정 알루미늄 돌리의 경우, 스카치 브라이트 패드로 마모 한 후 마른 천으로 청소하면 접착 돌리 고장으로 인한 불량 풀 오프 접착 테스트를 제거하기에 충분했습니다.
이 기사에서 간략하게 언급 한 실험 결과는 서로 다른 재료 및 접착제 조합이 최적의 준비 방법을 가질 수 있음을 보여줍니다. 실험에 따르면 마모 방법의 변화는 한 유형의 접착제에 대한 결합 강도를 증가시키고 다른 유형의 접착제에 대해서는 낮추는 것으로 나타났습니다. 이러한 대안 모두가 완전히 탐구된 것은 아닌데, 이는 예비 결합 실패 강도가 특정 접착제 및 관련 돌리 준비 공정에 대해 여전히 상당히 낮았기 때문입니다. 코팅 호환성 및 경화 시간과 같은 요인으로 인해 응용 분야에 특정 접착제의 사용이 제한될 수 있으므로 이 기사에서 논의된 요소를 사용하여 고객이 제조업체에서 권장하는 돌리 준비 방법을 변경하고 변경했는지 확인하고 확인하기 위한 프레임워크를 제공하는 것이 좋습니다.
자세한 내용은 PosiTest AT, 접착 테스트 리소스 및 돌리.
DeFelsko는 귀중한 기술 지원을 제공한 Vantico의 설계 엔지니어인 Mike Munsell과 샘플을 제공하고 현장 경험을 공유한 Bill Corbett 및 KTA-Tator에게 감사드립니다. PosiTest의 테스트 단계.
Œ 스카치-브라이트는 3M 회사의 등록 상표입니다.
1 "접착 및 접착제 기술", 알폰수스 V. 포시우스 박사, Hanser Publications, 신시내티, 오하이오, 미국
2 "표면 처리 및 전처리", Vantico Ltd, 덕스포드, 케임브리지, 영국
