DE10007842A1 - Method for testing the adhesive strength of an adhesive bond between two thin surface substrates - Google Patents
Method for testing the adhesive strength of an adhesive bond between two thin surface substratesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfung der Haftfe stigkeit einer Klebeverbindung zwischen zwei dünnen Flächen substraten.The invention relates to a method for testing the adhesive strength of an adhesive bond between two thin surfaces substrates.
Bei den dünnen Flächensubstraten kann es sich um die beiden Scheibenelemente einer DVD (digital versatile disc) handeln. Im Gegensatz zur CD besteht eine DVD aus zwei Scheibenelemen ten, die verklebt oder gebondet werden, wobei ein oder beide Scheibenelemente auf der zu verklebenden Seite metallisiert sind.The thin sheet substrates can be the two Act disc elements of a DVD (digital versatile disc). In contrast to the CD, a DVD consists of two disc elements ten that are glued or bonded, one or both Metallized pane elements on the side to be glued are.
Es existiert eine große Anzahl von standardisierten Verfahren zum Prüfung der Haftfestigkeit eines Klebstoffs. Bei diesen Verfahren werden spezielle Prüfmuster eingesetzt.A large number of standardized procedures exist for testing the adhesive strength of an adhesive. With these Special test samples are used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haftfestigkeit einer Klebeverbindung von zwei Flächensubstraten zu prüfen, wobei das Prüfmuster nahezu alle Herstellungs- und Zusammen bauparameter eines Serienmusters aufweist.The invention has for its object the adhesive strength to check an adhesive connection of two flat substrates, the test sample being almost all manufacturing and assembly has construction parameters of a series sample.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
According to the invention, this object is achieved by
- - daß ein Prüfmuster hergestellt wird, bei dem die beiden Flächensubstrate mittels eines Klebstoffs nur auf einem Teil ihrer Fläche miteinander verbunden sind,- That a test sample is produced in which the two Flat substrates by means of an adhesive only on one Part of their area are interconnected
- - daß ein Messerelement zwischen die beiden Flächensubstrate in dem nicht-verbundenen Bereich eingefügt wird,- That a knife element between the two flat substrates is inserted in the unconnected area,
- - daß das Messerelement zu dem verbundenen Bereich hin bewegt wird, um die Flächensubstrate in dem geklebten Bereich zu trennen, und- That the knife element to the connected area is moved to the surface substrates in the glued Separate area, and
- - daß ein Kraft-Weg-Diagramm der zum Bewegen des Messerele ments und zum Trennen der beiden Flächensubstrate erfor derlichen Kraft über dem Weg, den das Messerelement bewegt wurde, aufgezeichnet wird.- That a force-displacement diagram for moving the Messerele ment and to separate the two flat substrates force over the path that the knife element moves was recorded.
Vorzugsweise werden die Flächensubstrate am Rand des nicht- verbunden Bereichs festgeklemmt und wird das Messerelement in dem Bereich zwischen der Klemmstelle und dem verbunden Bereich zwischen die Flächensubstrate eingefügt.The surface substrates are preferably at the edge of the non- connected area clamped and the knife element in the area between the nip and the connected area inserted between the flat substrates.
Aus dem aufgezeichneten Kraft-Weg-Diagramm können mehrere
charakteristische Werte für die Klebeverbindung abgelesen
werden:
Several characteristic values for the adhesive connection can be read from the recorded force-displacement diagram:
- - Der Mittelwert der Maxima-Spitzen ist mit der Bruchzä higkeit vergleichbar;- The mean value of the maxima peaks is with the fraction count ability comparable;
- - Der Mittelwert der positiven Gradienten ist mit der Elastizität des ausgehärteten Klebstoffverbindung ver gleichbar;- The mean of the positive gradients is with the Elasticity of the hardened adhesive connection ver comparable;
- - Das Integral der über dem Mittelwert der Kraft liegenden Fläche unter der Kurve f(x) ist mit der Ablösearbeit ver gleichbar; - The integral of those above the mean of the force The area under the curve f (x) is ver with the removal work comparable;
- - Der Mittelwert des Abstandes aufeinanderfolgender Maxima ist mit der Rißausbreitung korreliert;- The mean of the distance between successive maxima is correlated with crack propagation;
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Prüfen der Haftfestigkeit zwischen den beiden PC(Polycarbo nat)-Scheiben, die eine DVD bilden. Bei den beiden Flächen substraten handelt es sich daher vorzugsweise um die Scheiben einer DVD, wobei eine oder beide Scheiben metallisiert sind. Zur Auswertung wird dabei nur der Bereich der Kurve verwendet, der sich auf den metallisierten Bereich bezieht.The method according to the invention is particularly suitable for Check the adhesive strength between the two PC (polycarbo nat) discs that form a DVD. With the two surfaces substrates are therefore preferably the disks a DVD, with one or both discs being metallized. Only the area of the curve is used for the evaluation, which refers to the metallized area.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur DVD-Prüfung angewen det, so wird sowohl die Festigkeit der Haftung der Metalli sierung an dem PC-Substrat als auch die Haftfestigkeit der Klebeverbindung selbst geprüft. Es bricht jeweils die schwä chere der beiden Verbindungen.If the method according to the invention is used for DVD testing det, so both the strength of the adhesion of the Metalli sation on the PC substrate as well as the adhesive strength of the Adhesive connection itself checked. It breaks the weak chere of the two connections.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below the drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 und Fig. 2 in Draufsicht bzw. im Schnitt den Aufbau einer Vorrichtung zur Prüfung der Haftfestigkeit; Fig. 1 and Fig. 2 in plan view or in section, the structure of a device for testing the adhesive strength;
Fig. 3 im Detail die Verhältnisse unmittelbar an der Crack- Zone; FIG. 3 shows in detail the conditions directly to the cracking zone;
Fig. 4 eine Kraft-Weg-Diagramm, wie es mit einer Vorrichtung nach Fig. 1 aufgenommen wird; FIG. 4 shows a force-displacement diagram as recorded with a device according to FIG. 1;
Fig. 5 eine standardisiertes Kraft-Weg-Diagramm; Fig. 5 is a standardized force-displacement diagram;
Fig. 6 eine Veranschaulichung der fünf Indizes. Fig. 6 is an illustration of the five indices.
Der DVD-Prüfling 10 besteht aus zwei Scheibenelementen 11, 12 aus PC (Polycarbonat), die in der für DVDs üblichen Weise auf einer Seite eine Metallisierung M haben. Die PC-Scheiben 11, 12 sind auf ihrer metallisierten Seite mit einem UV-härtbaren Klebstoff K gebondet. Die einzige Abweichung von dem normalen Herstellungsprozess einer DVD besteht darin, daß die PC- Scheiben 11, 12 nicht auf ihrer gesamten Fläche mit UV-Licht bestrahlt werden, sondern daß vor dem Aushärten des Klebstoffs mit UV-Licht etwa 2/3 der DVD mit einem für UV-Strahlung undurchlässigen Schild abgedeckt werden. Im restlichen Drittel 13 wird der Klebstoff durch UV-Licht ausgehärtet und werden die beiden PC-Scheiben 11, 12 gebondet. Die Grenzlinie 14 zwischen den nicht-gebondeten zwei Drittel und dem gebondeten Drittel 13 ist gerade und hat einen Abstand von etwa 23 mm vom Mittelpunkt. Der gebondete Bereich wird zur Messung der Kraft verwendet, die zum Trennen der PC-Scheiben 11, 12 notwendig ist. Es wird die Kraft über dem Weg gemessen, wobei der Weg, d. h. die Geschwindigkeit gesteuert wird.The DVD test object 10 consists of two disk elements 11 , 12 made of PC (polycarbonate), which have a metallization M on one side in the manner customary for DVDs. The PC panes 11 , 12 are bonded with a UV-curable adhesive K on their metallized side. The only deviation from the normal manufacturing process of a DVD is that the PC disks 11 , 12 are not irradiated with UV light over their entire surface, but with about 2/3 of the DVD with UV light before the adhesive has hardened a shield that is impervious to UV radiation. In the remaining third 13 , the adhesive is cured by UV light and the two PC panes 11 , 12 are bonded. The boundary line 14 between the non-bonded two thirds and the bonded third 13 is straight and has a distance of approximately 23 mm from the center. The bonded area is used to measure the force required to separate the PC disks 11 , 12 . The force over the path is measured, the path, ie the speed, being controlled.
Die Meßanordnung ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Zwischen den beiden PC-Scheiben 11, 12 wird ein als Messerelement fungierender Keil 20 gegen die Grenzlinie 14 des gebondeten Drittels 13 geführt. Der Keil 20 ist eine Platte einer gleich mäßigen Stärke von etwa 0,5 mm. Er hat eine stumpfe Schneide 24 mit leicht gerundeten Kanten 26. Er ist breiter als der Durchmesser der PC-Scheiben 11, 12 - etwa 14 cm -, so daß der Keil 20 auf beiden Seiten über die PC-Scheiben 11, 12 vor steht. Er ist etwa 3 cm lang, so daß der Keil 20 zu Beginn der Messung etwa im mittleren Drittel des Durchmessers der PC- Scheiben 11, 12 liegt. An dem dem gebondeten Drittel 13 gegenüberliegende Bereich werden die beiden PC-Scheiben 11, 12 am Rand in Klemmbacken 22 festgeklemmt. Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die beiden PC-Scheiben 11, 12 vor dem Keil 20 durch die Bondung (Drittel 13) und hinter dem Keil 20 durch die Klemm backen 22 zusammengehalten. Im mittleren Durchmesserdrittel werden die PC-Scheiben 11, 12 durch den Keil 20 etwas ausein ander gedrückt und wölben sich dabei. Da die Schneide 24 stumpf ist, greift sie nicht unmittelbar an der Bondung an und schneidet diese nicht auf, sondern die beiden PC-Scheiben 11, 12 werden von der Schneide 24 auseinander gedrückt und die Bondung wird aufgerissen (Fig. 3). The measuring arrangement is shown in FIGS . 1 to 3. Between the two PC disks 11 , 12 , a wedge 20 acting as a knife element is guided against the boundary line 14 of the bonded third 13 . The wedge 20 is a plate of a uniform thickness of about 0.5 mm. It has a blunt edge 24 with slightly rounded edges 26 . It is wider than the diameter of the PC disks 11 , 12 - about 14 cm - so that the wedge 20 is on both sides over the PC disks 11 , 12 in front. It is about 3 cm long, so that the wedge 20 at the start of the measurement lies approximately in the middle third of the diameter of the PC disks 11 , 12 . At the area opposite the bonded third 13 , the two PC disks 11 , 12 are clamped at the edge in clamping jaws 22 . As shown in Fig. 2, the two PC disks 11 , 12 are held together in front of the wedge 20 by the bond (third 13 ) and behind the wedge 20 by the clamping jaws 22 . In the middle third of the diameter, the PC disks 11 , 12 are pressed apart somewhat by the wedge 20 and bulge in the process. Since the cutting edge 24 is blunt, it does not directly attack the bond and does not cut it open, but the two PC disks 11 , 12 are pressed apart by the cutting edge 24 and the bond is torn open ( FIG. 3).
Die Messung läuft in der Weise ab, daß auf die Klemmbacken 22 und den Keil 20 in den in Fig. 1 gezeigten Richtungen Kräfte ausgeübt werden. Zweckmäßig ist der Keil 20 fest angeordnet und wirkt auf die Klemmbacken 22 eine Zugkraft, die die Grenz linie 14 des gebondeten Drittels 13 der beiden PC-Scheiben 11, 12 gegen die Schneide 24 des Keils 20 zieht. Die stumpfe Schneide 24 reißt dabei die Bondung der PC-Scheiben 11, 12 fortschreitend auf, wobei die gerundeten Kanten 26 an den einander zugewandten Flächen der PC-Scheiben 11, 12 angreifen. Die für das Treiben des Keils 20 erforderliche Kraft resul tiert aus der Reibung der gerundeten Kanten 26 an diesen Flä chen der PC-Scheiben 11, 12. Die Reibung wird wiederum von der Haftfestigkeit der Bondung zwischen diesen Flächen und den Eigenschaften der Metallisierung bestimmt. Es wird ein Dia gramm dieser Kraft über dem Weg aufgenommen, das anhand von mehreren Parametern interpretiert wird. Ein solches Diagramm ist in Fig. 4 gezeigt.The measurement takes place in such a way that forces are exerted on the clamping jaws 22 and the wedge 20 in the directions shown in FIG. 1. The wedge 20 is expediently arranged and acts on the jaws 22, a tensile force that draws the boundary line 14 of the bonded third 13 of the two PC disks 11 , 12 against the cutting edge 24 of the wedge 20 . The blunt cutting edge 24 progressively tears open the bonding of the PC disks 11 , 12 , the rounded edges 26 engaging the mutually facing surfaces of the PC disks 11 , 12 . The force required to drive the wedge 20 results from the friction of the rounded edges 26 on these surfaces of the PC disks 11 , 12 . The friction is in turn determined by the adhesive strength of the bond between these surfaces and the properties of the metallization. A diagram of this force is recorded over the path, which is interpreted on the basis of several parameters. Such a diagram is shown in FIG. 4.
Da die Kraftmessung an einem Prüfling durchgeführt wird, der
weitgehend einer echten DVD entspricht und insbesondere die
Form einer DVD hat, ändert sich die Länge a der Grenzlinie 14
in Abhängigkeit von dem Weg, den der Keil 20 zurückgelegt hat.
In der Anordnung von Fig. 1 wird die Grenzlinie 14 zum Rand
des DVD-Prüflings hin kürzer. Eine DVD hat einen Durchmesser
von 120 mm (Radius r = 60 mm). Der Keil 20 startet bei einem
Abstand von 83 mm vom Rand der DVD-Prüfling 10. Die Höhe h ist
der Abstand der Schneidkante vom gegenüberliegenden Rand des
DVD-Prüflings. Es gilt dann:
Since the force measurement is carried out on a test specimen which largely corresponds to a real DVD and in particular has the shape of a DVD, the length a of the boundary line 14 changes depending on the distance that the wedge 20 has traveled. In the arrangement of FIG. 1, the boundary line 14 becomes shorter towards the edge of the DVD test piece. A DVD has a diameter of 120 mm (radius r = 60 mm). The wedge 20 starts at a distance of 83 mm from the edge of the DVD test object 10 . The height h is the distance between the cutting edge and the opposite edge of the DVD test piece. The following then applies:
a = 2 × √(2 × h × 60) - h²a = 2 × √ (2 × h × 60) - h²
Die normierte Kraft F/a ist dann unabhängig von geometrischen Einflüssen des DVD-Prüflings. The normalized force F / a is then independent of the geometric one Influences of the DVD device under test.
Zur Vermeidung von Randeffekten werden der Anfang und das Ende der Kurve abgeschnitten und nicht bei der Auswertung berück sichtigt. Da der Bereich um die Mittelöffnung einer DVD nicht metallisiert ist, werden hier außerdem zwei reine PC-Flächen verklebt, so daß hier die Haftfestigkeit höher ist. Um diese Einflüsse auszuschließen, werden der Kraftverlauf der ersten 25 mm nicht ausgewertet. Nach der Normierung und dem Abschnei den des Anfangs und des Endes hat das Diagramm dann den in Fig. 5 gezeigten Verlauf.To avoid edge effects, the beginning and end of the curve are cut off and not taken into account in the evaluation. Since the area around the center opening of a DVD is not metallized, two pure PC surfaces are also glued here, so that the adhesive strength is higher here. In order to exclude these influences, the force curve of the first 25 mm is not evaluated. After normalization and truncation of the beginning and end of the diagram then has the course shown in Fig. 5.
Die Interpretation des Kraft-Weg-Diagramms erfolgt anhand von
fünf Indizes, die ungefähr die angegebenen Bedeutungen haben,
d. h. mit diesen Parametern vergleichbar oder korreliert sind.
Die Bedeutung und Definition der fünf Indizes, die in Fig. 6
eingezeichnet sind, sind folgende:
The force-displacement diagram is interpreted on the basis of five indices, which roughly have the meanings given, ie are comparable or correlated with these parameters. The meaning and definition of the five indices shown in Fig. 6 are as follows:
Claims (7)
- - daß ein Prüfmuster (10) hergestellt wird, bei dem die beiden Flächensubstrate (11, 12) mittels des Kleb stoffs (K) nur auf einem Teil (13) ihrer Fläche mit einander verbunden sind,
- - daß ein Messerelement (20) zwischen die beiden Flä chensubstrate (11, 12) in dem nicht-verbundenen Bereich eingeführt wird,
- - daß das Messerelement (20) zu dem verbundenen Bereich (13) hin bewegt wird, um die Flächensubstrate (11, 12) in dem geklebten Bereich zu trennen, und
- - daß ein Kraft-Weg-Diagramm (Kurve f(x))der zum Bewegen des Messerelements (20) und Trennen der beiden Flä chensubstrate erforderlichen Kraft über dem Weg, den das Messerelement (20) bewegt wurde, aufgezeichnet wird.
- - That a test sample ( 10 ) is produced in which the two surface substrates ( 11 , 12 ) are connected to one another only on part ( 13 ) of their surface by means of the adhesive material (K),
- - That a knife element ( 20 ) is inserted between the two surface substrates ( 11 , 12 ) in the non-connected area,
- - That the knife element ( 20 ) is moved towards the connected area ( 13 ) to separate the surface substrates ( 11 , 12 ) in the glued area, and
- - That a force-displacement diagram (curve f (x)) of the force required for moving the knife element ( 20 ) and separating the two surface substrates over the path that the knife element ( 20 ) was moved is recorded.
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