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The applicability of polymer-metal composites is mainly determined by the durability of the adhesive strength between both components. Aluminium (Al) deposited on polypropylene (PP) exemplifies different options of interface design. By deposition of plasma polymers on PP the effect of the type of the functionality was investigated. Spacer insertion was accomplished to position the functional group away from the topmost surface. A further kind of interface design involved a partial condensation of functional groups. Hydroxyl and carboxyl groups were most effective to improve adhesion in Al-PP systems. Approximately 7-10 carboxyl or 25-27 hydroxyl groups per 100 C atoms were necessary to increase the peel strength up to ~700 N/m. In this range, the failure of the composite propagated along the interface Al-tape (no peeling of the metal). Spacer molecules between surface and functional groups provoked the effect that the number of needed functional groups for maximum adhesion was strongly reduced. Linking of the functional groups resulted in non-peelable Al-PP laminates. Two adhesion tests were applied - the peel test and the centrifuge technology. For PP foils modified with chemically bonded and additionally linked silanol groups (no peeling) an adhesive strength of (2.5 ± 0.2) N/mm² was determined by centrifuge technology. XPS inspection of both fracture surfaces indicated a sub-surface failure in the polymer.
Die quantitative Prüfung der Füge-, Haft- und Verbundfestigkeit in N/mm2 war bisher nur mittels Zugprüfeinrichtung möglich. Insbesondere für flächig ausgebildete Werkstoffverbunde wie Verklebungen und Beschichtungen stellt dies ein immenses Problem dar, da keine zwei „Enden“ zum Einspannen zur Verfügung stehen. Beim Abreißversuch wird deshalb ein Prüfstempel aufgeklebt, der besser einzuspannen ist. Aber auch auf der Substratseite wird in der Regel eine spezielle Aufnahme benötigt. Zudem handelt es sich um aufwendige, schlecht reproduzierbare Einzelprüfungen. Trotz doppeltkardanischer Einspannung lässt sich die Einleitung von Querkräften nicht vollständig vermeiden. Diese Mängel werden mit der Zentrifugentechnologie weitgehend überwunden. In Tabelle 1 sind die entsprechenden Merkmale des Abreißversuches mittels Zugprüfeinrichtung bzw. Zentrifugentechnologie gegenübergestellt.
Standardised conventional adhesion tests are time-consuming single-sample tests. Moreover, except for the pull-off test, all these tests provide only qualitative or semi-quantitative (ranking, respectively measurement of an adhesion-correlated quantity) information on adhesion. Sometimes, adhesion is evaluated even under compressive stress conditions (e.g. cross-cut and scratch test), which itself is a contradiction to adhesive strength as defined in terms of tensile force per area.
For optical coatings it has been shown that the pull-off test in a centrifuge is definitely a promising alternative with respect to the reliable, fast and quantitative determination of adhesive strength in N/mm2. The force-controlled centrifuge test is the only multiple-sample test which provides reliable quantitative information on the adhesive strength in agreement with DIN EN 15870 and DIN EN ISO 4624 on a statistical basis for up to eight samples simultaneously tested under identical testing conditions.
Composite materials fulfil a great variety of functions in a wide field of applications. Testing the composite properties under environmental conditions is a must for development and quality control. Common tensile strength test instruments have limitations, like single sample handling only. Present test methods for multi-layers, e.g. peel test, permit semi-quantitative ,or qualitative evaluation only. A new instrument based on analytical centrifugation is introduced, using centrifugal force as test load, permitting to determine bonding and adhesive strength of up to 8 samples simultaneously.
Das Vorhaben ZENSUS beschäftigt sich mit der Erstellung eines Normenentwurfs bzw. einer normen-konformen Technischen Spezifikation für die Zentrifugen-basierte Prüfung der Klebfestigkeit von Stumpfklebungen. Das umfasst auch umfangreiche Validierungsversuche, um mögliche Unterschiede zwischen Kraft-gesteuerter (Zentrifuge) und Weg-gesteuerter (Zugprüfmaschine) bzw. ggf. dazu korrelierte Materialabhängigkeiten mit ihren Auswirkungen auf SOPs zu identifizieren. Die Zentri-fugen-basierte Mehr-Proben-Prüfung von bis zu 8 Klebverbunden wird im Weiteren mit CAT-Technologie („Centrifugal Adhesion Testing“) abgekürzt.