目前,用於(yu) 表征粘接界麵性能的技術主要有光學顯微技術、電子顯微技術、X射線成像技術、微觀力學測試技術等。具體(ti) 粘結界麵表征下麵由上海livevenu來一一詳解~
一、顯微技術
(1)光學顯微技術
光學顯微技術主要包括普通光學顯微技術、熒光顯微技術、激光掃描共聚焦顯微技術、紫外光顯微技術等。
普通光學顯微技術能夠觀察膠層的飽滿度以及膠黏劑的大體(ti) 分布情況,還能夠評估材料結構的完整性(如木材的細胞結構、膠黏劑的分布和木材細胞破壞度等指標等),但分辨率較低,約為(wei) 200nm,成像質量較差。
(2)電子顯微技術
與(yu) 光學顯微技術相比,電子顯微技術的放大倍數與(yu) 景深更大,對粘接界麵的觀察效果會(hui) 更好。由於(yu) 電子顯微技術產(chan) 生的都是灰度圖像,即使分辨出膠黏劑與(yu) 木材的界線,也很難定量表征膠黏劑的滲透情況。但可以結合能量散射X射線光譜儀(yi) (EDXA)、電子能量損失譜(EELS)等先進技術來定量分析粘接界麵層中各元素的濃度分布,進而可得出膠黏劑的滲透情況。
(3)原子力顯微鏡
原子力顯微鏡已成為(wei) 表征界麵的有利工具,除傳(chuan) 統形貌成像功能外,許多學者利用AFM 的力調製模式、輕敲模式相圖等功能,得到樣品的硬度分布、相位角分布等重要信息,可分辨出纖維區、界麵區和樹脂區。但是針尖與(yu) 試樣作用過程中存在能量損失,同時因測試係統反饋和校正問題,使AFM在碳纖維複合材料界麵結構的定量分析上受到限製。
二、×射線光電子能譜
用X射線光電子能譜(XPS,如圖2-9所示)研究固態聚合物的表麵結構和高性能膠黏劑性能是目前公認的最先進、最為(wei) 有效的技術手段之一,可以快速地定性、定量分析固體(ti) 樣品中的成分。
X射線光電子能譜是目前應用最為(wei) 廣泛的表界麵研究方法之一,能夠表征被粘材料表麵、界麵的結構和化學鍵的變化行為(wei) ,可以對元素進行定量分析,通過線性分析得到化學信息,通過多角度分析得到深度剖麵信息,彌補紅外光譜分析的不足,特別適合於(yu) 難溶性交聯高聚物的研究。用XPS研究交聯高聚物樣品需要量少,能進行“原位”研究,由簡單的試驗可以得到許多有用的信息。
三、×射線能譜
X射線能譜(EDS,如圖2-10所示)能進行定性定量分析、元素麵分布、線分布掃描、自動多點分析。可以原位分析膠黏劑粘接接頭在不同溫度和濕度下元素組成成分的變化,對研究膠黏劑粘接界麵變化、提高粘接性能有重要意義(yi) 。而且還可以原位計算出粘接接頭不同溫度的熱分解動力、水分在粘接界麵的擴散係數和擴散動力,為(wei) 優(you) 化膠黏劑的製備工藝和配方提供理論依據。同時,通過理論上對膠黏劑粘接表界麵進行分析研究,能夠確定界麵的寬度和組成成分及其變化行為(wei) ,為(wei) 提高粘接接頭界麵性能提供了新的分析方法。但這種方法的表征也隻是提供一種相對的而不是精確的定量分析,但在實際應用中仍然具有重要的指導意義(yi) 。
四、 微觀力學測試技術
光學顯微技術、電子顯微技術和X射線成像等技術可直觀判斷粘接界麵中膠黏劑的滲透性能,但卻無法測定粘接界麵的力學性能指標。微觀力學測試技術則可以用於(yu) 定量表征粘接界麵各點的結合強度。可用於(yu) 表征粘接界麵性能的微觀力學測試技術主要包括納米壓痕技術和動態模量成像技術。
(1)納米壓痕
納米壓痕技術也稱深度敏感壓痕技術,是最簡單的測試材料力學性能的方法之一,可以在納米尺度上測量材料的各種力學性能,如載荷-位移曲線、彈性模量、硬度、斷裂韌性、應變硬化效應、黏彈性或蠕變行為(wei) 等。
納米壓痕技術雖然能為(wei) 粘接界麵結構的分析提供重要信息,但在界麵形貌和尺度的定量分析上仍受限於(yu) 儀(yi) 器分辨率。
(2)動態模量成像
納米力學動態模量成像技術是一種研究界麵結構形貌以及物理特性的定量測試方法,即采用一個(ge) 振動的針尖接觸和掃描試樣的表麵,通過轉化針尖接收力的反饋,從(cong) 而獲取力學性能在掃描區域內(nei) 的分布圖,適用於(yu) 多相材料的研究。納米力學動態模量成像技術可以發現界麵相的模量、樹脂模量與(yu) 纖維模量之間的變化情況,通過對儲(chu) 能模量成像圖的統計分析可得到界麵的形貌和界麵平均厚度。
納米力學動態模量成像技術表現出優(you) 良的數據穩定性,並且與(yu) 材料宏觀性能有較好的一致性。有研究表明,動態模量成像技術可以對複合材料表麵進行測試,定量測定出纖維複合材料的模量分布圖,能夠清晰分辨出樹脂區、纖維區和界麵區。在牙齒、骨組織等相關(guan) 醫學領域、生物複合材料、微電子科學、表麵噴塗、磁記錄以及薄膜等相關(guan) 的材料科學領域中動態模量成像技術憑借操作方便、測量和定位分辨率高以及適合測試小尺寸試樣等諸多特點,得到越來越廣泛的應用。
由於(yu) 許多複合材料都離不開膠黏劑,因此,在粘接界麵研究方麵,動態模量成像技術是可行的。推薦閱讀:什麽(me) 是粘接技術?粘結技術有什麽(me) 優(you) 缺點?