粘附失效的高成本

为了生产高质量的产品,涉及附着力的制造过程必须得到适当的控制,无论附着力涉及油漆、涂布、印刷、密封或粘接。

近年来,对粘连的问题变得更加复杂,对控制至关重要。开发新的粘合剂,涂料,涂料,聚合物和复合材料方面取得了重大的技术进步。这使制造商能够在高效且更昂贵的制造过程中生产更新的材料和技术,以生产更新的材料和技术,以产生更强,更轻,更可靠的部件。

  • 汽车行业现在使用硅胶密封剂密封某些临界表面,例如阀盖和油锅到发动机块,而不是使用垫圈。
  • 在航空航天领域,复合材料的进步正在改变飞机的设计和制造方式。现在不再使用铆钉和机械紧固件连接金属,而是将复合部件和其他材料粘合在一起,以创造更强、更轻、更高性能的结构。
  • 正在开发新的医疗设备,这些设备通常用高级涂层处理,以寻求各种医疗。这些涂层对患者的安全性和舒适性往往是至关重要的。
  • 包装是营销活动、产品和消费者安全的重要组成部分。聚合物、油墨、创新包装设计和包装设备的发展带来了新的粘合挑战。
  • 使用软件和电子设备具有几乎几何扩展,以控制机械过程和高级通信设备。电子元件依赖于适当的粘附性和均匀施加均匀涂层,疏水涂层,用于触摸屏应用的疏水涂层。

粘连失败

在所有制造业中,对粘附过程有信心的需求是普遍存在的。

粘附失效会导致大量的费用,包括废料、返工、销售退货、保修索赔、产品召回和生产延迟。此外,由于粘附问题有时是间歇性的,根本原因往往没有被发现,一些成本被隐藏,因为它们已被纳入成本标准和保修津贴。

最后,糟糕的产品质量导致最终的费用,失去客户的信心和失去业务。

如果管理层对粘接过程没有信心,新材料或新产品的创新可能永远无法进入市场。例如:

  1. electronic-circuit-board先进的复合材料可能不会被使用,因为制造商对粘接是否有效没有信心。
  2. 不能提供涂层统一应用于关键应用(包括医疗设备)的制造商可能无法获得监管部门的批准。
  3. 粘附失败有时需要管理以放弃所选的制造过程。
  4. 机械设备上的电子部件失效,无论是在汽车,飞机,机械,都会造成身体伤害和生命损失。

每位客户都经历了某种形式的粘合衰竭,无论是涂料剥落,胶合零件的分层,电子板的分层,墨水摩擦,由于水分入口,标签剥落,不合格的性能,因为涂层不是均匀应用等。所有这些应用依赖于粘合过程的整体控制,以确保质量输出。要有效地做到这一点,值得记住你无法管理你无法衡量的东西。

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可预测粘附要求精确控制3件事

尽管无数次试图永久解决这一问题,但制造商一直难以实现可靠的粘结结构。通常,失败的根本原因从未被发现。一个问题可能会“解决”一段时间,但随后会毫无预兆地再次出现。

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要实现可靠、可预测的粘附,需要精确控制三件事情:

  1. 粘合剂或涂层材料的组成
  2. 粘合剂或涂层的应用和固化过程
  3. 接收粘合剂或涂层的表面的前几个分子层的组成和性能,例如表面制备

关于因子1,胶粘剂制造商严格控制他们的配方和制造过程,这些背后的科学已经确立。因此,胶粘剂制造商对胶粘剂的性能及其可重复性能非常有信心。同样,关于因素2,制造商可以从各种各样的工具中选择适当分配油漆、密封剂、涂料和粘合剂。固化程序由胶粘剂制造商明确规定。

在整个粘接过程中控制表面(因子3)仍然是制造商对其工艺可靠性高度自信的最大障碍。这是三个因素中最不容易理解和控制的,因此通常是问题产生的地方。然而,控制表面是困难的,因为它受到许多因素的影响,包括以下7个。

最多理解的,但是极其至关重要的管理粘合过程的元素是控制接收粘合剂或涂层的表面的顶部少数分子层。

附着力或涂层性能差的7个主要原因

自动赫拉克威军

  1. 适当的粘附发生在最初的几个分子水平,因此任何表面的质量通常不能由人类的视觉来确定。
  2. 当零件从供应商运输到整个制造工厂时,它们暴露在可能影响粘附的环境污染物中。
  3. 当制造的零件被储存或库存时,它们的表面状况会因老化和储存环境而发生变化。
  4. 零件可以从多个不同的供应商在不同的条件下接收。为清洁一个供应商的零件而设计的工艺可能不足以清洁另一个供应商的零件。
  5. 表面对吸引有害的污染物比大多数人所理解的要敏感得多。这不仅仅是某物是否清除了微粒。更重要的是,要知道表面的化学性质是干净的。由于处理不当、清洁用品或方案的改变、其他制造工艺、包装、运输机制等的污染物转移,表面很容易被污染。
  6. 许多产品的洁净度规格只涉及微粒洁净度,而不涉及表面是否具有化学洁净度。
  7. 最后,许多粘附过程跨部门界限,因此共用了表面的责任。例如,在给定的粘合过程中,供应商质量,接收,零件加工,零件洗涤,打磨,密封和装配等部门都股权对表面状况。

适当的粘附发生在最初的几个分子水平,因此任何表面的质量通常不能由人类的视觉来确定。

常用方法制造商用于确定是否妥善准备表面,以及为什么粘附问题持续存在

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达因解决方案

一种用液体溶液估计表面能的传统方法。当使用达因溶液时,它会在表面上形成珠状或摊开,检查人员必须注意这些特征。油墨决定通过/不通过水平,这些结果是基于用户对溶液对表面反应的主观解释。在某些情况下,达因溶液将溶解表面污染物,并与下表面发生反应,而不是对附着力产生不利影响的污染物。此外,dyne溶液通过化学改变表面污染材料,所以材料的样品在测试后需要丢弃。这减慢了生产过程,使得在生产线上执行可靠的测试变得非常困难。

破水了

water-break-test一种常用的定性方法,用于评价表面是否存在疏水污染物,这可能不利于附着。如果应用需要,该测试还可以用来验证表面是充分疏水的。在这个测试中,当水流流过一个表面时,会对水流进行视觉评估,结果取决于执行测试的人的感觉。如果没有一个清晰的、可重复的通过/失败阈值标准,这个测试就不能给出任何定义良好的或可操作的数据。破水测试是一种概率方法,不能提供洞察粘附问题的根本原因。

离子污染测试

电子工业经常使用离子污染测试来量化电子元件上的化学颗粒的数量。这是通过在带电溶液浴中溶解组分表面的残留物并评估溶液中离子颗粒的数量来完成的。这是一种有用的测试,用于确定清洗后的组件表面是否存在可能导致腐蚀或其他形式的粘附失效的化学物质。这些测试的应用范围有限,需要进行进一步调查,以了解需要采取哪些步骤来减轻发现污染后出现的问题。

接触角测量

为了测量接触角,一滴水沉积在物质表面以确定表面能。这种表面能与材料的粘附能力直接相关。测量了液滴与表面接触点的角度。表面能由液滴被表面吸引(湿润并膨胀)或被表面排斥(凝结成珠并收缩)的程度来定义。高的角度等于低的表面能,低的角度等于高的表面能。该测试提供了一个精确的定量测量,可靠地预测粘附。

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接触角测量可用于确定疏水涂层是否均匀地施加到电线,导管或医疗装置(即制造商不希望表面吸引)上。接触角表面测量读数应在已知参数中产生高接触角(低表面能)。低接触角表示涂层未均匀施加。

真正的关键是简单地知道数字,结果在可预见的良好附着力,然后确保您的过程清洁或激活的数字。然后,一个公司正在寻找根本原因。

直到最近,这种类型的测量通常是在实验室使用台式测角仪对样品进行的。然而,便携式接触角测量设备最近在工厂车间可用,无论是手持式还是自动化解决方案。由于结果以精确接触角的形式定量显示,因此不存在主观性,测量结果直接与可预测的粘附性相关。真正的关键是简单地知道数字,结果在可预见的良好附着力,然后确保您的过程清洁或激活的数字。然后,一个公司正在寻找根本原因。

材料科学家使用各种实验室工具来识别和表征表面上污染物的性质。最常见的设备包括以下内容:

XPS(X射线光电子能谱)

X-ray-photoelectron-spectroscopyXPS是一种测定材料最上层50-100 Å或1-2层分子层化学成分的测试方法。通过用x射线照射一个表面,XPS测试然后确定喷射的光电子的动能,从而显示出表面上存在的元素的百分比。这种详细的分析提供了直接影响表面工程过程性能的表面区域的化学状态的敏感信息。

傅里叶变换红外光谱法

FTIR是一种能提供物质分子结构详细信息的技术。在这个测试中,样品暴露在不同波长的红外光下,仪器测量哪些波长被吸收。这揭示了哪些特定的化合物,如聚合物、硅树脂和其他污染物,是存在的。FTIR识别了由表面处理产生的或暴露的官能团(易于粘附的化合物),并提供了更具体的表面组成蓝图。此外,这可以用来确定涂层或污染物的相对厚度。

导致粘连问题持续存在的其他因素

最初,公司试图从质量、工程材料过程和控制的人员,或管理部门的负责人中找出他们粘着问题的原因。然而,这种单干的方法是困难的,因为材料科学是一个专门的研究领域,涉及到在分子水平上理解不同材料的特性和应用。

这些专业知识和设备的一部分或全部可能存在于公司的实验室中,然而,在工厂车间遇到的日常问题不容易在实验室环境中复制。即使是一个功能强大的实验室也不会每天处理这些类型的问题,这限制了他们诊断根本原因的能力。

导致粘连问题 - 持续存在

在一个部门中表现出来的问题实际上可能是由供应链上游或第三方供应商的一个或多个部门造成的。

如果没有找到根本原因,公司就只剩下两种选择,而这两种选择的成本都可能超出必要。承担成本和其他问题的后果,或者增加一个额外的制造步骤。

通常,在跨职能团队形成以解决问题之前,问题仍然存在一段时间。

如果没有找到根本原因,公司就只剩下两种选择,而这两种选择的成本都可能超出必要:

  1. 承担成本和问题的其他后果,包括质量供应商的声誉、业务损失和利润损失。
  2. 增加一个额外的制造步骤和/或设备来弥补这个问题。例如,如果公司无法发现产品油漆剥落的原因,可能会决定在完成涂层之前先加底漆。

一些公司引入了一家六西格玛制造咨询公司来调查与粘附有关的质量问题。这通常是一个好迹象,因为可能涉及到行政赞助,顾问被授权跨越部门边界,进一步探索供应链下游的问题。尽管,这些顾问可能有也可能没有专门的材料科学专业知识或设备来正确诊断问题。

发现粘附问题根本原因的最佳实践

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BTG实验室维护一个最先进的材料科学实验室,其材料科学专家和化学家为制造商提供广泛的材料科学服务,包括许多世界上最先进的制造公司。我们采用一种新颖的诊断方法,接收客户样品,设计特定的测试,并向制造商发布全面的建议,以控制其粘附问题。

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