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亚大丰晖 加速老化试验评价胶黏剂的可靠性【水性胶粘剂】

发布时间:2024-04-12

在胶黏剂实际应用中,经常会碰到一个问题——如何评价胶黏剂的长期可靠性?例如,承诺产品在外场使用3年不出问题,那么作为产品内部辅料的胶黏剂其寿命也不能低于3年。在面对这种问题时,最好的方法其实是将产品直接使用3年,不出问题就视为实验通过。例如,美国3M公司在对其VHB胶带产品进行评价时,收集了胶带在各种实际使用场景中5年,甚至10年的数据...但这种实验的时间成本非常高,并不适合经常使用。因此,在实际工作中,工程人员常使用加速老化试验来评价胶黏剂的可靠性。

加速老化试验是用人工的方法,在室内或设备内模拟近似于大气环境条件或某种特定环境条件,并且强化一些因素,从而在短期内获得试验结果。实验室常用恒温恒湿箱,快速温变试验箱等模拟不同环境。常见温湿度条件有85℃,85%RH;60℃,90%RH等,视需要而定。

那么如何确定试验条件和试验时间并进行完整的加速老化试验?有以下5个基本步骤:

1. 确认样品的敏感应力

敏感应力,就是指哪种条件对样品性能的影响最大,以胶黏剂为例,胶黏剂大多数都是高分子聚合物,长时间的热-氧老化,或者长时间的水汽侵蚀,都对胶接界面及胶黏剂本身的高分子链有很大的影响,那么温度、湿度就是胶黏剂的敏感应力,首选使用双85的加速老化试验。


2. 确认产品在实际使用场景下的温湿度

某些产品内部使用的胶水,其使用位置靠近发热元器件,温度会很高,达到七八十度,那么一般的85℃加热对其就没有明显的加速效果,需要叠加别的应力,例如更高的湿度(因产品在高温下的湿度通常较低),才能达到缩短试验周期的目的。如果胶水的使用位置附近并没有发热元器件,那么胶水基本就和使用环境是相同的温湿度,例如常用在建筑上的硅酮密封胶。那么为了后面计算准确,就需要了解当地的温湿度的情况,在三亚使用的密封胶和在哈尔滨使用的密封胶面对的环境显然是不一样的。

3. 确认失效判据

大部分电子元器件的失效判据都比较明显,无非是可用和不可用两种状态。但胶黏剂老化是更加缓慢的过程,性能退化可能也没有那么明显。因此对于失效判据的确定需要工程师根据实际去制定,例如光学胶,可以使用某一特定值的透光率和折射率作为失效判据。


4确认老化模型和试验参数,计算老化时间

工程常用的老化模型有3种,只考虑温度加速因子的Arrhenius 模型,综合温度及湿度因素的Arrhenius Mode With Humidity模型和综合考虑温湿度的Hallberg Peck模型。下面以Hallberg Peck模型简单说明其计算过程。PECK公式为

其中AF:加速因子

Ea:激活能,通常可取0.7ev

K:玻尔兹曼常数,其值为 8.617385 × 10-5

RHt:测试环境的相对湿度值,%

RHu:使用环境的相对湿度值,%

Tt:测试环境的温度,K

Tu:使用环境的温度,K

代入计算可得加速因子AF的值

如果要求产品的寿命达到10年,即10*365*24=87600h

那么试验时间为87600/AF


5进行试验得到结果

以上只是简化的试验步骤,在实际的应用过程中,可能会碰到很多问题。例如,实际使用时,胶水所处的环境条件并不是恒定的,是跟随设备功率和室内外温湿度变化的,如果按照最严苛的条件去计算,那么计算出的试验时间可能会很长,这个时候就必须去细化温湿度的数据,以下表格为例,越详细则越好,最后通过公式,叠加计算可得到试验时间。

又或者是碰到样本量的问题,尤其是胶黏剂的粘接强度测试大多数都属于破坏性试验,其样品在老化中不能反复测试和使用,这个时候,需要根据是单纯的寿命鉴定试验还是要观察退化趋势,以及试验的成本和产品端的要求,来选取不同的测试间隔时间点和样本数量,这也属于可靠性工程的范畴,此处不做赘述。


总的来说,胶黏剂的等高分子的加速老化试验以及其可靠性工程,并没有电子元器件的可靠性工程发展的那么成熟,在实际工作中会碰到各式各样的问题,需要胶黏剂工程师的实际经验作为参考,才能最大限度的保证胶黏剂在实际生产使用中的可靠性。



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