18 сентября 2017

Метод определения адгезионной прочности для толстопленочных солнечных панелей

История вопроса

Испытание на отслаивание давно используется в качестве стандартного метода для измерения адгезионной прочности гибкой ленты или дорожки на жесткой поверхности. Зажимное приспособление захватывает конец ленты/дорожки и, по мере движения устройства вверх, платформа с возможностью перемещения по осям X-Y также двигается так, чтобы край соединения оставался под устройством. Однако если образец становится слишком жестким относительно адгезионной прочности, стандартное испытание не дает нужных результатов из-за быстро распространяющегося разрыва, что приводит к противоречивым данным, как видно из рисунка 1.

d1.jpg

Рисунок 1 — Стандартная схема проведения испытаний и полученные данные по усилию/смещению

Как видно, нагрузка достигает пикового значения в начале испытания, а затем опускается до относительно низкого значения, что не дает обоснованных данных об адгезионной прочности. Чтобы решить эту проблему, в схему испытаний был добавлен ролик, как показано на рисунке 2. Ролик уменьшает распространяющийся разрыв и, в свою очередь, позволяет получить более последовательные результаты в испытании на отслаивание.

d2.jpg

Рисунок 2 — Положение ролика для улучшения метода испытаний

Оптимизация метода испытаний

Для испытания на адгезионное сцепление было использовано оборудование Nordson DAGE 4000 Plus. Испытания проводились при скорости 0,1 мм/с со смещением 50 мм. На рис. 3 показана установка для испытания на отслаивание и добавленный ролик.

d3.jpg

Рисунок 3 — Nordson DAGE 4000 Plus

Положение ролика является ключевым моментом для оптимизации испытания. Для определения правильного положения и дополнительной нагрузки, возникающей вследствие добавления ролика, было проведено несколько испытаний не приклеенной ленты/дорожки. Первоначально ролик был размещен с выравниванием края по зажимному приспособлению. Это привело к возникновению относительно высокого нестабильного усилия во время испытания. При смещении ролика в положение 2 на расстояние 2 мм от зажимного приспособления нагрузка упала до стабильного уровня в 50 г на протяжении всего испытания. Изображения и результаты по усилию/смещению показаны на рисунке 4.

d4.jpg

Рисунок 4 — Оптимизация положения ролика

Высокое усилие и нестабильность начального испытания объяснялись радиусом, с которым должна была согнуться полоска. При перемещении ролика этот угол и, следовательно, радиус кривизны, увеличился, а усилие, в свою очередь, уменьшилось. Последовавшая кривая усилия/смещения намного более стабильна и за счет усреднения этого результата мы можем нормализовать любое дальнейшее испытание, удалив это значение из всех результатов. Это значение составляло 48,75 грамм.

Результаты

После оптимизации были проведены дальнейшие испытания. На образцах имелись дорожки с приклеенными и неприклеенными участками вдоль их длины, как показано на образце после испытаний на рисунке 5.

d5.jpg

Рисунок 5 — Образец после испытаний с приклеенными и не приклеенными участками

Результаты испытаний показаны на рисунке 6. Результаты были нормализованы путем удаления 48,75 грамма из всех показаний усилия. Положение 1 — в начале дорожки, а положение 2 — в центре. Ясно видно приклеенные и не приклеенные участки дорожки на солнечной панели. Изображение образца после испытания показано в основании графика. На неприклеенных участках усилие падает примерно до 0 граммов, как и следовало ожидать, а адгезионную прочность можно наблюдать в среднем в диапазоне от 50 до 90 граммов.

d6.jpg

Рисунок 6 — Кривые усилия/смещения для 3 положений дорожки

Выводы

Изменения в методе испытания на отслаивание для толстой полоски значительно улучшили результаты. Уменьшив вероятность распространения разрыва перед зажимом, мы получаем более последовательный результат со стабильным разрывом. Для конкретных образцов может потребоваться дальнейшая оптимизация диаметра и/или положения ролика.