ITMI980408A1

ITMI980408A1 - TESTING SYSTEM FOR THE ADHESION AND COHESION OF A PAINT

Info

Publication number: ITMI980408A1
Authority: IT
Inventors: George Mann
Original assignee: George Mann
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-08-27
Also published as: IT1298320B1

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

La presente Invenzione è una continuazione in parte della domanda statunitense numero di serie 08/746.496 depositata il 12 Novembre 1996, attualmente pendente, che è una continuazione in parte del la domanda statunitense numero di serie 08/184.429 depositata il 29 Gennaio 1994, ora brevetto statunitense N. 5.575.868, pubblicato il 19 Novembre 1996, che è una continuazione del la domanda statunitense numero di serie 07/910.626, depositata Γ8 Luglio 1992, ora abbandonata. This Invention is a continuation in part of U.S. application serial number 08 / 746.496 filed November 12, 1996, currently pending, which is a continuation in part of U.S. application serial number 08 / 184.429 filed January 29, 1994, now patent US No. 5,575,868, issued November 19, 1996, which is a continuation of US application serial number 07 / 910,626, filed on July 8, 1992, now discarded.

Questa invenzione è stata effettuata con supporto governativo sotto concessione ECD 9119322 concessa dalla National Science Foundation. This invention was made with government support under ECD 9119322 grant from the National Science Foundation.

La presente invenzione riguarda un'apparecchiatura di prova e un procedimento per collaudare le forze o resistenze di legame o adesione e/o intensità o forze di coesione, di rivestimenti e adesivi . The present invention relates to a test apparatus and a process for testing bonding or adhesion strengths or resistances and / or cohesion strengths or strengths of coatings and adhesives.

Per molti anni i tecnici del ramo hanno tentato di trovare un procedimento adatto per misurare la resistenza o forza adesiva che fornirebbe risultati indipendenti dal processo di prova. Un tale approccio è un cosiddetto procedimento "blister" ossia "vescicatura" . In questo processo un fluido, o gas o liquido, è iniettato sotto il rivestimento attraverso un foro nel suo substrato forzando il rivestimento a sollevarsi dal substrato nella forma di blister. For many years, those skilled in the art have attempted to find a suitable method for measuring adhesive strength or strength that would provide results independent of the testing process. One such approach is a so-called "blister" or "blister" process. In this process a fluid, or gas or liquid, is injected under the coating through a hole in its substrate forcing the coating to rise from the substrate in the form of a blister.

Un miglioramento promettente della tecnica a blister è stato descritto da Dannenberg nel 1960 (H. Dannenberg, "Measurement of Adhesion by a Blister Method", J. of Applied Polymer Science, Voi. V, No. 14, pp 125-134 (1961)). Tuttavia, questo processo è complesso e non è stato ampiamente accettato. A promising improvement of the blister technique was described by Dannenberg in 1960 (H. Dannenberg, "Measurement of Adhesion by a Blister Method", J. of Applied Polymer Science, Vol. V, No. 14, pp 125-134 (1961 )). However, this process is complex and has not been widely accepted.

Nel 1977 A.B. Featherston ha descritto un'ulteriore procedura implicante il procedimento a blister per la valutazione dell'intensità o forza adesiva di rivestimenti (ottimizzazione di variabili di processo che influenzano l'adesione di materiali organici, riportato in Vought Corporation Document AD-A048467, Aprile 1977). Nessuno dei procedimenti di prova a blister noti è stato ampiamente accettato. In 1977 A.B. Featherston described a further procedure involving the blister process for assessing the strength or adhesive strength of coatings (optimization of process variables affecting adhesion of organic materials, reported in Vought Corporation Document AD-A048467, April 1977) . None of the known blister testing procedures have been widely accepted.

Uno dei problemi principali associati con l'uso del procedimento a blister per valutare l'adesione di un rivestimento è che la pellicola del rivestimento si rompe spesso prima che il rivestimento si stacchi dal substrato. Inoltre, le elasticità variabili della maggior parte dei rivestimenti provocheranno relazioni variabili tra l'altezza e il diametro del blister di pittura formato, producendo quindi risultati di prova variabili. Addizionalmente, per determinare intensità di legame il procedimento a blister richiede di misurare sia l 'altezza della pittura o altro rivestimento dalla superficie sottostante a cui essa è col legata come pure la pressione in corrispondenza della quale si verifica distacco. Questo ha come risultato un calcolo complesso per materiali con relazione di sollecitazione-sforzo non lineare. One of the major problems associated with using the blister process to evaluate adhesion of a coating is that the coating film often breaks before the coating detaches from the substrate. In addition, the varying elasticities of most coatings will result in varying relationships between the height and diameter of the formed paint blister, thereby producing varying test results. Additionally, to determine bond strength the blister process requires measuring both the height of the paint or other coating from the underlying surface to which it is attached as well as the pressure at which peeling occurs. This results in a complex calculation for materials with a non-linear stress-stress relationship.

Un'altra limitazione comune con procedimenti di collaudo a blister convenzionali è che essi devono essere condotti in un laboratorio a temperature ambiente normali e non sono adatti per collaudo a condizioni ambientali estreme, quali temperature alte o basse. Another common limitation with conventional blister testing processes is that they must be conducted in a laboratory at normal ambient temperatures and are not suitable for testing under extreme environmental conditions, such as high or low temperatures.

Il mio brevetto statunitense precedente N. 5.575.868, pubblicato 11 19 Novembre 1996 descrive certi dispositivi e tecniche che risolvono problemi significativi precedentemente incontrati nello stabilire la resistenza di legame di rivestimenti adesivi a substrati sottostanti. L'interezza della descrizione del mio brevetto statunitense precedente N. 5.575.868 è qui incorporata per riferimento. My prior U.S. Patent No. 5,575,868, published on Nov. 19, 1996 discloses certain devices and techniques which solve significant problems previously encountered in establishing the bond strength of adhesive coatings to underlying substrates. The entirety of my prior U.S. Patent No. 5,575,868 disclosure is incorporated herein by reference.

Oltre ai vantaggi rispetto alla tecnica nota forniti dall ' invenzione del mio brevetto statunitense precedente N. 5.575.868, ho scoperto certi vantaggi addizionali in una variazione del mio lavoro precedente che è la materia della mia domanda di brevetto statunitense pendente numero di serie 08/746.496, depositata il 12 Novembre 1996, attualmente pendente. L'interezza della descrizione della mia domanda statunitense precedente numero di serie 08/184.429 è incorporata qui per riferimento. In addition to the advantages over the prior art provided by the invention of my prior U.S. Patent No. 5,575,868, I have discovered certain additional advantages in a variation of my previous work which is the subject of my pending U.S. Patent Application Serial Number 08 / 746.496, filed on November 12, 1996, currently pending. The entirety of my prior U.S. application serial number 08 / 184.429 is incorporated herein by reference.

Sebbene il sistema della mia domanda statunitense numero di serie 08/184.429 fornisca risultati considerevolmente consistenti e accurati per certe sostanze sotto prova, quali adesivi, i risultati non sono soddisfacenti per altre sostanze di prova, quali vernice o pittura. Ora, tuttavia, ho scoperto ulteriore variazione per un sistema di prova che fornisce risultati di prova superbi per sostanze di prova quali pittura. Although the system of my US application serial number 08 / 184.429 gives considerably consistent and accurate results for certain test substances, such as adhesives, the results are not satisfactory for other test substances, such as varnish or paint. Now, however, I have discovered further variation for a test system that provides superb test results for test substances such as paint.

In modo specifico, nel costruire un dispositivo di prova è consigliabile impiegare un substrato, che assume la forma di una struttura rigida tipicamente formato da un materiale duro a cui è spesso applicato il rivestimento o l'adesivo che deve essere collaudato. Tali substrati possono assumere la forma di lamine o piastre di alluminio, acciaio inossidabile, plastica, legno e altri materiali rigidi. Nel preparare un dispositivo di prova per misurare l'intensità adesiva di una sostanza di prova, per esempio, un rivestimento di pittura, è necessario introdurre un fluido sotto pressione ad una piastra collegata alla sostanza di prova tendente a separare il rivestimento dal substrato. Specifically, in constructing a test device it is advisable to employ a substrate, which takes the form of a rigid structure typically formed of a hard material to which the coating or adhesive to be tested is often applied. Such substrates can take the form of foils or plates of aluminum, stainless steel, plastic, wood and other rigid materials. In preparing a test device for measuring the adhesive strength of a test substance, for example, a paint coating, it is necessary to introduce a fluid under pressure to a plate attached to the test substance tending to separate the coating from the substrate.

Secondo la presente invenzione vi è un passaggio di fluido attraverso il quale pressione è fornita contro il lato sottostante di una piastra col legata ad una sostanza di prova. Il passaggio è formato in modo maggiormente conveniente praticando un foro attraverso il substrato. Il substrato è poi rivestito con la sostanza di prova. La sostanza di prova è in seguito indurita o essiccata. Per ottenere consistenza di risultati è importante evitare qualsiasi irregolarità nella demarcazione tra l'area del rivestimento che deve essere collaudato e il substrato. Dove il substrato è formato da legno, leggera scheggiatura può verificarsi attorno ai bordi dell'apertura quando l'apertura è praticata attraverso il substrato. Se l'area del rivestimento collaudato si estende fino in prossimità del bordo dell'apertura di fluido nel substrato, possono verificarsi risultati incompatibili a causa di irregolarità in corrispondenza della circonferenza dell'apertura sulla faccia del substrato a cui è applicato l'adesivo o rivestimento. According to the present invention there is a fluid passage through which pressure is provided against the underside of a plate connected to a test substance. The passage is most conveniently formed by drilling a hole through the substrate. The substrate is then coated with the test substance. The test substance is then hardened or dried. To achieve consistency of results it is important to avoid any irregularities in the demarcation between the area of the coating to be tested and the substrate. Where the substrate is made of wood, slight chipping may occur around the edges of the opening when the opening is made through the substrate. If the area of the tested coating extends close to the edge of the fluid opening in the substrate, incompatible results may occur due to irregularities at the circumference of the opening on the face of the substrate to which the adhesive or coating is applied .

Per evitare possibili errori nella misura che potrebbero altrimenti verificarsi, la presente invenzione fornisce un sistema per eliminare l'interfaccia tra il rivestimento che deve essere collaudato in corrispondenza dell'apertura di fluido mentre si mantiene ancora un'area consistente, riproducibile entro il perimetro del substrato in corrispondenza della quale il rivestimento è collegato al substrato. E' questa area attorno al centro che è collaudata. To avoid possible measurement errors that might otherwise occur, the present invention provides a system for eliminating the interface between the liner that must be tested at the fluid opening while still maintaining a consistent, reproducible area within the perimeter of the substrate at which the coating is connected to the substrate. It is this area around the center that is proven.

Nei sistemi precedenti del mio brevetto statunitense N. 5.575.868 e della mia domanda statunitense precedente numero di serie 08/746.496 un'area periferica consistente, riproducibile di legame era fornita creando un'area consistente, riproducibile di assenza di legame tra la sostanza di prova, cioè l'adesivo o il rivestimento, e il substrato, in corrispondenza del centro del dispositivo di prova. Secondo la presente invenzione, tuttavia, un'area di prova riproducibile, consistente di legame tra la sostanza di prova e il substrato è fornita posizionando una pellicola sottile sulla sommità della sostanza di prova direttamente sopra l'apertura e incidendo o formando una scanalatura nella sostanza di prova attorno all'intero perimetro della pellicola sottile in modo da isolare la porzione della sostanza di prova entro l'area racchiusa dall'incisione o dalla scanalatura dall'area periferica della sostanza di prova che è pure legata al substrato. Pressione di fluido applicata attraverso l'apertura agisce quindi sulla piastra che a sua volta distacca la sostanza di prova oltre il perimetro della pellicola sottile, ma non su quella porzione della sostanza di prova immediatamente adiacente all'apertura nel substrato. In the prior systems of my U.S. Patent No. 5,575,868 and my prior U.S. Application Serial No. 08 / 746,496 a consistent, reproducible peripheral area of binding was provided by creating a consistent, reproducible area of no binding between the binding substance. test, i.e. the adhesive or coating, and the substrate, at the center of the test fixture. According to the present invention, however, a reproducible test area consisting of bonding between the test substance and the substrate is provided by placing a thin film on top of the test substance directly over the opening and etching or forming a groove in the substance. around the entire perimeter of the thin film so as to isolate the portion of the test substance within the area enclosed by the incision or groove from the peripheral area of the test substance which is also bonded to the substrate. Fluid pressure applied through the opening then acts on the plate which in turn detaches the test substance beyond the perimeter of the thin film, but not on that portion of the test substance immediately adjacent to the opening in the substrate.

Una pezza formata da una pellicola sottile di dimensioni geometriche note, posizionata sulla sommità della sostanza di prova e si estende oltre i bordi dell'apertura. La sostanza di prova è incisa intorno all'intera circonferenza della pezza, che si estende da una distanza sufficiente oltre all'apertura per impedire il verificarsi di qualsiasi risultato di prova incompatibile che potrebbe altrimenti verificarsi se l'area del rivestimento sul substrato proprio fino ai bordi dell'apertura di pressione fosse collaudata. Preferibilmente, la pellicola sottile si estende oltre i bordi dell'apertura almeno circa 0,625 pollici attraverso il perimetro dell 'apertura. Preferibilmente inoltre l'apertura ha una sezione trasversale circolare e la pellicola sottile è formata come una pezza circolare avente un diametro di un pollice e mezzo e posizionata sulla sommità della sostanza di prova in allineamento coassiale con l'apertura di fluido. A patch formed from a thin film of known geometric dimensions, positioned on top of the test substance and extending beyond the edges of the opening. The test substance is etched around the entire circumference of the patch, extending from a distance sufficient beyond the opening to prevent any incompatible test result from occurring which might otherwise occur if the area of the coating on the substrate right up to edges of the pressure opening were tested. Preferably, the thin film extends beyond the edges of the aperture at least about 0.625 inches across the perimeter of the aperture. Preferably also the opening has a circular cross section and the thin film is formed as a circular patch having a diameter of one and a half inches and positioned on top of the test substance in coaxial alignment with the fluid opening.

L'uso di una copertura a pellicola sottile che si estende oltre il perimetro dell'apertura ha pure altri vantaggi. Utilizzando una tale copertura è eliminata la necessità di un tappo temporaneo nell'apertura di fluido. E cioè, in alcuni dei miei sistemi precedenti un tappo era temporaneamente inserito nell'apertura di fluido durante il momento in cui l'adesivo che collega la piastra o membrana alla sostanza di prova era applicato. Il tappo impediva che l'adesivo di collegamento, il rivestimento di prova, o entrambi gocciolassero nell'apertura di fluido. Impiegando una pezza a pellicola sottile secondo la presente invenzione, tuttavia, non è necessario un tale tappo. The use of a thin film cover that extends beyond the perimeter of the aperture has other advantages as well. Utilizing such a cover eliminates the need for a temporary plug in the fluid port. That is, in some of my earlier systems a plug was temporarily inserted into the fluid opening during the time the adhesive connecting the plate or membrane to the test substance was applied. The plug prevented the bonding adhesive, test liner, or both from dripping into the fluid opening. When using a thin film patch according to the present invention, however, such a cap is not necessary.

La presente invenzione ha pure altri vantaggi. In modo specifico, l 'apparecchiatura e il procedimento impiegati permettono di collaudare sia fallimento coesivo che adesivo di un legame tra una sostanza di prova e un substrato. Nel collaudare l'intensità o forza di un legame per fallimento adesivo, il campione è esaminato successivamente a collaudo per determinare se si è verificata o meno separazione della sostanza di prova in corrispondenza dell ' interfaccia tra la sostanza di prova, cioè tra il rivestimento, e il substrato. Se la separazione che si verifica è in corrispondenza dell'interfaccia tra la sostanza di prova e substrato, la pressione critica misurata è indicativa dell'intensità del legame adesivo tra la sostanza di prova e il substrato. Questa pressione critica per qualsiasi sostanza sotto prova particolare varierà, in dipendenza dal substrato a cui essa si collega, dato che sostanze di prova aderiranno con tenacità maggiore o inferiore a substrati formati da differenti materiali, o a substrati preparati differentemente prima del collegamento. The present invention has other advantages as well. Specifically, the apparatus and method employed allow testing for both cohesive and adhesive failure of a bond between a test substance and a substrate. When testing the strength or strength of a bond for adhesive failure, the sample is subsequently tested to determine whether or not separation of the test substance has occurred at the interface between the test substance, i.e. between the coating, and the substrate. If the separation that occurs is at the interface between the test substance and substrate, the measured critical pressure is indicative of the strength of the adhesive bond between the test substance and the substrate. This critical pressure for any particular test substance will vary, depending on the substrate to which it attaches, as test substances will adhere with greater or lesser toughness to substrates formed from different materials, or to substrates prepared differently prior to bonding.

D'altra parte, fallimento può veri ficarsi entro la sostanza di prova stessa. Fallimento coesivo interno si verifica quando lo strato del la sostanza di prova si separa lateralmente entro esso stesso in un piano sostanzialmente normale al la direzione in cui è applicata la forza di separazione. Cioè, nel fallimento coesivo una porzione della sostanza di prova, cioè il rivestimento che viene collaudato, rimane attaccata al substrato, mentre un'altra porzione della sostanza di prova rimane attaccata alla piastra o membrana che è sollevata dal substrato tramite pressione applicata attraverso l'apertura nel substrato. Si verifica quindi separazione entro la sostanza di prova stessa, e non in corrispondenza dell'interfaccia tra la sostanza di prova e o il substrato o la piastra sovrastante o membrana. In questo caso la pressione critica creante la mancanza o fallimento è indicativa della resistenza o forza coesiva della sostanza sotto prova. On the other hand, failure can occur within the test substance itself. Internal cohesive failure occurs when the layer of the test substance separates laterally within itself in a plane substantially normal to the direction in which the separation force is applied. That is, in cohesive failure a portion of the test substance, i.e. the coating being tested, remains attached to the substrate, while another portion of the test substance remains attached to the plate or membrane which is lifted from the substrate by pressure applied across the opening in the substrate. Separation therefore occurs within the test substance itself, and not at the interface between the test substance and either the substrate or the overlying plate or membrane. In this case the critical pressure creating the lack or failure is indicative of the strength or cohesive force of the substance under test.

La resistenza o forza coesiva è valutata entro la sostanza di prova come il lavoro specifico di mancanza o fallimento coesivo della sostanza di prova. Quando si verifica mancanza coesiva internamente entro la sostanza di prova, il substrato impiegato non è determinante ai fini dei risultati di prova fino a che la resistenza o forza adesiva del legame tra la sostanza di prova e il substrato non supera la forza coesiva interna di legame interno entro il substrato che viene collaudato. The strength or cohesive force is assessed within the test substance as the specific work of cohesive lack or failure of the test substance. When there is a lack of cohesive internally within the test substance, the substrate used is not decisive for the test results until the strength or adhesive strength of the bond between the test substance and the substrate exceeds the internal bond strength. inside the substrate being tested.

La presente invenzione fornisce un procedimento e un sistema di prova di resistenza o forza adesiva o coesiva relativamente semplici che forniscono misurazioni compatibili di intensità di legame, che non richiedono misurazione dell'altezza della sostanza di prova prima della separazione, e che possono essere condotte in condizioni ambientali estreme. The present invention provides a relatively simple method and system for testing strength or adhesive or cohesive strength which provide compatible measurements of bond strength, which do not require height measurement of the test substance prior to separation, and which can be conducted in extreme environmental conditions.

La presente invenzione utilizza pressione crescente contro la membrana o piastra collegata ad un rivestimento per facilitare la determinazione della forza di legame adesivo tra un rivestimento e un substrato a cui esso è legato tramite misurazione della pressione richiesta per distaccare il rivestimento dal substrato. La presente invenzione facilita inoltre la determinazione della forza coesiva interna nell'adesivo o rivestimento stesso. Le forze adesive e coesive possono essere determinate a temperatura ambiente o a temperature estreme entro una camera ambientale. The present invention utilizes increasing pressure against the membrane or plate connected to a coating to facilitate the determination of the adhesive bond strength between a coating and a substrate to which it is bonded by measuring the pressure required to detach the coating from the substrate. The present invention also facilitates the determination of the internal cohesive force in the adhesive or coating itself. Adhesive and cohesive forces can be determined at room temperature or at extreme temperatures within an environmental chamber.

In un aspetto ampio la presente invenzione può essere considerata essere un sistema per collaudare la forza del legame fra una sostanza di prova e un substrato rigido attraverso il quale è definita un'apertura. Il sistema è costituito da una piastra e da uno strato adesivo di sovrarivestimento tra la piastra e la sostanza di prova. Lo strato adesivo di sovrarivestimento collega la piastra alla sostanza di prova con una forza adesiva maggiore della forza del legame fra la sostanza di prova e il substrato. Una pellicola sottile è interposta tra la sostanza di prova e lo strato adesivo di solo rivestimento direttamente sopra l'apertura. La pellicol sottile si estende oltre il perimetro dell'apertura. La sostanza di prova è incisa attorno alla periferia della pellicola sottile. Sono inoltre forniti mezzi per applicare pressione crescente attraverso l'apertura nel substrato per distaccare la sostanza di prova dal substrato. Inoltre, sono forniti mezzi per determinare la pressione critica richiesta per staccare sostanzialmente una periferia continua di un'area nella sostanza di prova dal substrato, la pressione critica essendo direttamente correlata al lavoro specifico di distacco. In a broad aspect the present invention can be considered to be a system for testing the strength of the bond between a test substance and a rigid substrate through which an opening is defined. The system consists of a plate and an adhesive overcoating layer between the plate and the test substance. The adhesive overcoating layer connects the plate to the test substance with an adhesive force greater than the bond strength between the test substance and the substrate. A thin film is interposed between the test substance and the coating-only adhesive layer directly over the opening. The thin film extends beyond the perimeter of the opening. The test substance is etched around the periphery of the thin film. Means are also provided for applying increasing pressure across the opening in the substrate to detach the test substance from the substrate. Further, means are provided for determining the critical pressure required to substantially detach a continuous periphery of an area in the test substance from the substrate, the critical pressure being directly related to the specific release work.

Preferibilmente, i mezzi per determinare la pressione critica comprendono inoltre mezzi per determinare la forza adesiva del legame tra la sostanza di prova e il substrato direttamente dalla pressione richiesta per indurre fallimento di legame sostanziale in funzione del lavoro specifico di distacco della sostanza di prova dal substrato. Preferably, the means for determining the critical pressure further comprise means for determining the adhesive strength of the bond between the test substance and the substrate directly from the pressure required to induce substantial bond failure as a function of the specific work of detaching the test substance from the substrate. .

In un altro aspetto ampio la presente invenzione può essere considerata essere un sistema per collaudare la forza coesiva di una sostanza di prova col legata ad un substrato rigido attraverso il quale è definita un'apertura. Il sistema è costituito da una piastra e da uno strato adesivo di sovrari vestimento collegato a quella piastra e alla sostanza di prova. La forza adesiva del legame tra la piastra e sostanza di prova è maggiore della forza coesiva della sostanza di prova. Una pellicola sottile sulla sostanza di prova è interposta tra la sostanza di prova e lo strato adesivo di solo rivestimento direttamente sulla sommità dell'apertura ed estendentesi oltre il perimetro dell'apertura. Una scanalatura è formata nella sostanza di prova attorno alla periferia della pellicola sottile per evitare l'applicazione di pressione alla porzione della sostanza di prova direttamente sotto la pellicola sottile. Sono forniti mezzi per applicare pressione crescente attraverso l'apertura nel substrato per indurre fallimento coesivo nella sostanza di prova. Sono inoltre forniti mezzi per determinare la pressione critica richiesta per provocare fallimento coesivo attorno ad una periferia continua di un'area nella sostanza di prova, la pressione critica essendo direttamente correlata al lavoro specifico di fallimento coesivo. In another broad aspect the present invention can be considered to be a system for testing the cohesive strength of a test substance connected to a rigid substrate through which an opening is defined. The system consists of a plate and an adhesive overcoat layer attached to that plate and the test substance. The adhesive strength of the bond between the plate and test substance is greater than the cohesive strength of the test substance. A thin film on the test substance is interposed between the test substance and the coating-only adhesive layer directly on top of the opening and extending beyond the perimeter of the opening. A groove is formed in the test substance around the periphery of the thin film to avoid applying pressure to the portion of the test substance directly under the thin film. Means are provided for applying increasing pressure across the opening in the substrate to induce cohesive failure in the test substance. Means are also provided for determining the critical pressure required to cause cohesive failure around a continuous periphery of an area in the test substance, the critical pressure being directly related to the specific cohesive failure work.

Il fallimento della sostanza di prova può verificarsi o come un fallimento del legame adesivo tra la sostanza di prova e il substrato, o come un fallimento coesivo interno entro la sostanza stessa che viene collaudata. In entrambi 1 casi la forza adesiva o coesiva è espressa come il lavoro specifico di distacco o fallimento coesivo, ed è calcolata usando la pressione critica e una formula basata al suo costante intrinseca al sistema. In alcune forme di realizzazione dell'invenzione rinforzi di substrato possono essere utilizzati e fissati in modo saldo al substrato per impedire errori che potrebbero altrimenti verificarsi a causa di deflessione nel substrato. Failure of the test substance can occur either as a failure of the adhesive bond between the test substance and the substrate, or as an internal cohesive failure within the substance itself being tested. In both cases the adhesive or cohesive force is expressed as the specific work of peeling or cohesive failure, and is calculated using the critical pressure and a formula based on its intrinsic constant in the system. In some embodiments of the invention substrate stiffeners can be utilized and securely attached to the substrate to prevent errors that might otherwise occur due to deflection in the substrate.

Il sistema dell'invenzione può essere usato per determinare la forza sia di legami adesivo che coesivo mantenendo il substrato di prova al substrato. Quando utilizzato per determinare la forza adesiva del legame tra la sostanza di prova e il substrato in corrispondenza di un interfaccia tra di. essi, i mezzi per determinare la pressione critica sono inoltre costituiti da mezzi per misurare la pressione al momento in cui il legame tra la sostanza di prova e il substrato viene meno. Quando il sistema è utilizzato per determinare la forza coesiva della sostanza di prova, i mezzi per determinare la pressione critica sono costituiti da mezzi per determinare la forza coesiva interna della sostanza di prova direttamente dalla pressione richiesta per provocare fallimento coesivo sostanziale entro di esso in funzione del lavoro specifico di fallimento coesivo della sostanza di prova. In questa applicazione i mezzi per determinare pressione critica comprendono inoltre mezzi per misurare la pressione al momento in cui si verifica fallimento coesivo sostanziale entro la sostanza di prova. The system of the invention can be used to determine the strength of both adhesive and cohesive bonds while maintaining the test substrate to the substrate. When used to determine the adhesive strength of the bond between the test substance and the substrate at an interface between. they, the means for determining the critical pressure are further constituted by means for measuring the pressure at the moment when the bond between the test substance and the substrate is broken. When the system is used to determine the cohesive force of the test substance, the means for determining the critical pressure consist of means for determining the internal cohesive force of the test substance directly from the pressure required to cause substantial cohesive failure within it in function of the specific work of cohesive failure of the test substance. In this application the means for determining critical pressure further includes means for measuring the pressure at the time when substantial cohesive failure occurs within the test substance.

In forme di realizzazione preferite dell'invenzione, la piastra o membrana impiegata rimane approssimativamente elastica quando soggetta alla pressione applicata per staccare la sostanza di prova dal substrato. La piastra utilizzata è preferibilmente un disco metallico. Per esempio, un disco di alluminio che è spesso 0,080 pollici serve come una piastra adatta quando la sostanza di prova impiegata è un rivestimento, quale pittura. In preferred embodiments of the invention, the plate or membrane employed remains approximately elastic when subjected to the pressure applied to detach the test substance from the substrate. The plate used is preferably a metal disc. For example, an aluminum disc that is 0.080 inch thick serves as a suitable plate when the test substance employed is a coating, such as paint.

E' alquanto importante per la sostanza essere di costruzione rigida. Altrimenti, l'accuratezza della prova sarà influenzata se il substrato si deforma. Nel preparare campioni di sostanze di prova è spesso conveniente applicare la sostanza di prova ad una lamina relativamente sottile di acciaio inossidabile, alluminio o legno. Per garantire che il substrato rimanda rigido durante la prova, è talvolta consigliabile fornire il sistema con un rinforzo di substrato rigido saldamente fissato al substrato su un suo lato opposto alla sostanza di prova. Il rinforzo del substrato deve avere un'apertura attraverso di esso che è allineata con l'apertura attraverso il substrato. Il rinforzo del substrato fornisce rigidità accresciuta al substrato e impedisce quindi che qualsiasi errore si verifica a causa di qualsiasi deformazione del substrato. It is quite important for the substance to be of rigid construction. Otherwise, the accuracy of the test will be affected if the substrate deforms. When preparing samples of test substances it is often convenient to apply the test substance to a relatively thin sheet of stainless steel, aluminum or wood. To ensure that the substrate remains rigid during the test, it is sometimes advisable to provide the system with a rigid substrate reinforcement firmly attached to the substrate on its opposite side to the test substance. The substrate stiffener must have an opening through it that is aligned with the opening through the substrate. The substrate reinforcement provides increased rigidity to the substrate and thus prevents any failure from occurring due to any deformation of the substrate.

In un altro aspetto ampio l'invenzione può essere considerata essere un procedimento per collaudare la forza di legame di una sostanza di prova collegata in modo adesivo ad un substrato. Il procedimento è costituito dalle fasi che consistono nel: applicare lo strato di prova al substrato in modo tale collegare la sostanza di prova al substrato; formare un'apertura attraverso il substrato e la sostanza di prova; posizionare una pellicola sottile sulla sommità di un'area della sostanza di prova direttamente sopra l'apertura, in cui la pellicola sottile si estende oltre il perimetro dell'apertura; formare una scanalatura nella sostanza di prova per circondare la pellicola sottile; collegare una piastra alla sostanza di prova. Incapsulare quindi la pellicola tra la sostanza di prova e la piastra in modo tale che la forza adesiva del legame tra la piastra e la sostanza di prova sia maggiore della forza adesiva del legame tra la sostanza di prova e il substrato; e determinare la pressione critica richiesta per creare un fallimento della sostanza di prova in un'area continua della sostanza di prova circondante la pellicola. In another broad aspect the invention can be considered to be a method for testing the bond strength of a test substance adhesively bonded to a substrate. The procedure consists of the steps which consist of: applying the test layer to the substrate in such a way as to connect the test substance to the substrate; forming an opening through the substrate and the test substance; placing a thin film on top of an area of the test substance directly above the opening, where the thin film extends beyond the perimeter of the opening; forming a groove in the test substance to surround the thin film; attach a plate to the test substance. Then encapsulate the film between the test substance and the plate in such a way that the adhesive strength of the bond between the plate and the test substance is greater than the adhesive strength of the bond between the test substance and the substrate; and determining the critical pressure required to create a test substance failure in a continuous area of the test substance surrounding the film.

Nell ' implementazione del procedimento la fase che consiste nel determinare la pressione critica è preferibilmente eseguita da: determinare la forza del legame tra la sostanza di prova e il substrato in funzione del lavoro specifico di sostanzialmente distacco della sostanza di prova dal substrato. La fase che consiste nel determinare la pressione critica è inoltre preferibilmente eseguita da: misurare la pressione al momento in cui il legame tra la sostanza di prova ed il substrato viene meno. In the implementation of the process, the step consisting in determining the critical pressure is preferably performed by: determining the strength of the bond between the test substance and the substrate as a function of the specific work of substantially detaching the test substance from the substrate. The step consisting in determining the critical pressure is also preferably performed by: measuring the pressure at the moment when the bond between the test substance and the substrate is broken.

Come precedentemente indicato, l'invenzione è applicabile sia ad una determinazione della forza di un legame adesivo tra la sostanza di prova e il substrato, sia anche ad una determinazione della forza del legame coesivo interno creato entro la sostanza di prova stessa. Nel collaudare la forza di legame coesivo entro la sostanza di prova, la fase che consiste nel determinare la pressione critica comprende inoltre la fase che consiste nel determinare la forza coesiva interna entro la sostanza di prova in funzione del lavoro specifico di creare fallimento coesivo sostanziale entro la sostanza di prova. In questa applicazione la fase che consiste nel determinare la pressione critica è costituita inoltre da misurare la pressione al momento in cui si verifica fallimento coesivo sostanziale entro la sostanza di prova. As previously indicated, the invention is applicable both to a determination of the strength of an adhesive bond between the test substance and the substrate, and also to a determination of the strength of the internal cohesive bond created within the test substance itself. In testing the cohesive bond strength within the test substance, the step of determining the critical pressure also includes the step of determining the internal cohesive force within the test substance as a function of the specific work of creating substantial cohesive failure within the test substance. In this application the step of determining the critical pressure also consists of measuring the pressure at the time when substantial cohesive failure occurs within the test substance.

Preferibilmente, il procedimento dell ' invenzione è eseguito fornendo una piastra che rimane approssimativamente elastica quando soggetta alla pressione applicata per staccare la sostanza di prova dal substrato o creare fallimento coesivo interno entro la sostanza di prova. Preferably, the process of the invention is performed by providing a plate which remains approximately elastic when subjected to applied pressure to detach the test substance from the substrate or create internal cohesive failure within the test substance.

E' importante per la pellicola sottile rimanere in posizione sulla sommità della sostanza di prova direttamente sopra l'apertura del substrato. Sebbene, con grande cura, questo possa essere ottenuto semplicemente collocando la pellicola sottile sulla sommità della sostanza di prova centrata sopra l'apertura di fluido attraverso di essa in modo tale che la periferia della pellicola sottile appoggi sulla superficie della sostanza di prova circondante l'apertura, preferibilmente la pellicola sottile è dotata di un adesivo in pellicola prima di posizionare la pellicola sottile sulla sommità della sostanza di prova. L'adesivo in pellicola collega leggermente la pellicola alla sostanza di prova. Inoltre, per salvaguardarsi contro inaccuratezze provocate da qualsiasi deformazione del substrato, è talvolta consigliabile rinforzare il substrato con un supporto di rinforzo avente un'apertura di supporto attraverso di esso allineata con l'apertura attraverso il substrato prima di determinare la pressione critica. It is important for the thin film to remain in place on top of the test substance directly above the substrate opening. Although, with great care, this can be achieved simply by placing the thin film on top of the test substance centered over the fluid opening through it so that the periphery of the thin film rests on the surface of the test substance surrounding the opening, preferably the thin film is provided with a film adhesive before placing the thin film on top of the test substance. The film adhesive lightly bonds the film to the test substance. Also, to guard against inaccuracies caused by any deformation of the substrate, it is sometimes advisable to reinforce the substrate with a reinforcing support having a support opening therethrough aligned with the opening through the substrate before determining the critical pressure.

L'invenzione può essere descritta con maggior chiarezza e particolarità tramite riferimento ai disegni allegati. The invention can be described with greater clarity and particularity by referring to the attached drawings.

La figura 1 è una vista in alzato in esploso illustrante gli strati e gli elementi componenti in un complesso di prova per collaudare la forza di legame di un rivestimento secondo l'invenzione. Figure 1 is an exploded elevation view illustrating the component layers and elements in a test assembly for testing the bond strength of a coating according to the invention.

La figura 2 è una vista in dettaglio in alzato in sezione illustrante gli strati di elementi componenti della figura 1 prima della prova. Figure 2 is a detailed sectional elevation view illustrating the component element layers of Figure 1 prior to testing.

La figura 3 è una vista in pianta dall'alto di un dispositivo di prova impiegato nel sistema di prova dell'invenzione. Figure 3 is a top plan view of a test device employed in the test system of the invention.

La figura 4 è una vista in alzato in sezione presa lungo la linea 4-4 della figura 3. Figure 4 is a sectional elevation view taken along line 4-4 of Figure 3.

La figura 5 è una vista schematica di un sistema costruito secondo l ' invenzione. Figure 5 is a schematic view of a system constructed according to the invention.

La figura 6 è una vista in dettaglio in alzato in sezione illustrante fallimento di un legame adesivo nel determinare la forza adesiva di una sostanza di prova secondo l'invenzione. Figure 6 is a detailed sectional elevation view illustrating failure of an adhesive bond to determine the adhesive strength of a test substance according to the invention.

La figura 7 è una vista in dettaglio in alzato in sezione illustrante fallimento coesivo nel determinare la forza di legame coesivo interno di una sostanza di prova secondo l'invenzione. Figure 7 is a detailed sectional elevation view illustrating cohesive failure in determining the internal cohesive bond strength of a test substance according to the invention.

Le figure 1-5 illustrano un sistema per collaudare la forza di un legame tra la sostanza di prova 12 e un substrato rigido 14 pre-forato con un'apertura 16 di diametro di un quarto di pollice. La sostanza di prova 12 è tipicamente pittura, lacca, o qualche altra sostanza applicata in forma liquida e indurita per formare un rivestimento di tipo guscio. Per la sua natura la sostanza di prova 12 esercita un legame adesivo sostanziale con la superficie 18 del substrato 14. Figures 1-5 illustrate a system for testing the strength of a bond between test substance 12 and a pre-drilled rigid substrate 14 with a quarter-inch diameter opening 16. Test substance 12 is typically paint, lacquer, or some other substance applied in liquid form and hardened to form a shell-like coating. By its nature, the test substance 12 exerts a substantial adhesive bond with the surface 18 of the substrate 14.

Il substrato 14 può, per esempio, essere formato da un disco di alluminio 6061 di tre pollici di diametro e spesso un quarto di pollice. Alternativamente il substrato 14 dovrebbe essere formato da acciaio inossidabile o qualsiasi altro materiale, come pure altri materiali, quali legno, plastica, o gesso. La scelta del substrato 14 è determinata dal substrato di interessi a cui è probabile che sia applicato il materiale di prova 12 su una base commerciale. Per esempio, se si desidera collaudare la forza di un legame adesivo che una particolare pittura mostra rispetto ad alluminio, un disco di alluminio del tipo descritto forma un substrato appropriato 14. The substrate 14 may, for example, be formed from a 6061 aluminum disk three inches in diameter and a quarter of an inch thick. Alternatively, the substrate 14 should be formed of stainless steel or any other material, as well as other materials, such as wood, plastic, or plaster. The choice of substrate 14 is determined by the substrate of interest to which the test material 12 is likely to be applied on a commercial basis. For example, if it is desired to test the strength of an adhesive bond that a particular paint exhibits with respect to aluminum, an aluminum disc of the type described forms an appropriate substrate 14.

Prima del collaudo, il substrato 14 è dapprima preparato per collegamento o legame. Substrati di alluminio 14 sono tipicamente preparati per collegamento tramite immersione in una soluzione diluita di acido fosforico per circa 1 minuto. Un substrato 14 di acciaio inossidabile, d'altra parte, sarebbe tipicamente immerso in una soluzione calda di acido solforico diluito come esposto in ASTM Standard D-2651, procedura 8, che è una pratica raccomandata standard per preparazione di superfici metalliche per legame adesivo. Prior to testing, the substrate 14 is first prepared for bonding. Aluminum substrates 14 are typically prepared by bonding by immersion in a dilute solution of phosphoric acid for about 1 minute. A stainless steel substrate 14, on the other hand, would typically be immersed in a hot solution of dilute sulfuric acid as set forth in ASTM Standard D-2651, procedure 8, which is a standard recommended practice for preparing metal surfaces for adhesive bonding.

Una struttura di rivestimento 12 di una sostanza di prova quale pittura è poi applicato sull'intero substrato 14, coprendo la sua intera superfide superiore 18. Lo strato di pittura 12 è poi abilitato ad asciugare completamente. Questo può richiedere diversi giorni. A coating structure 12 of a test substance such as paint is then applied to the entire substrate 14, covering its entire upper surface 18. The paint layer 12 is then enabled to dry completely. This can take several days.

Una volta che il substrato 14 con lo strato di rivestimento di prova di pittura 12 su di esso è stato fabbricato e preparato per collaudo, un disco di pellicola sottile 20 è posizionato su di esso. Il disco di pellicola 20 è fornito per coprire la porzione dello strato di pittura 12 direttamente sopra l'apertura 16. Il disco di pellicola 20 è posizionato sulla sommità del centro dello strato di pittura 12 che deve essere collaudato e si estende oltre il perimetro dell'apertura 16. Once the substrate 14 with the paint test coating layer 12 thereon has been fabricated and prepared for testing, a thin film disc 20 is placed thereon. The film disc 20 is provided to cover the portion of the paint layer 12 directly above the opening 16. The film disc 20 is positioned on top of the center of the paint layer 12 to be tested and extends beyond the perimeter of the opening 16.

La pellicola sottile 20 può essere prodotta da una struttura composita formata da un supporto di poliestere 21, il cui lato sottostante è stato rivestito con uno strato adesivo a pellicola debole indicato in corrispondenza di 22, che può essere un adesivo acrilico. I dischi di pellicola sottile 20 possono essere formati come cerchi tranciati da un nastro sensibile alla pressione e montati su una striscia rivestita con un agente di rilascio prima dell'utilizzo. Lo spessore composito del nastro formato dal supporto di poliestere 21 e dallo strato adesivo acrilico 22 sul suo lato sottostante é circa 0,0013 pollici. Ciascun disco.20 è tagliato per avere un diametro di un pollice e mezzo. Nastri adatti da cui i dischi di pellicola sottile 20 possono essere fabbricati sono venduti commercialmente dalla 3M Company, situata a Minneapolis, Minnesota,come nastri protettivi 3M. Un nastro adatto è venduto come parte No. 1614. Una volta che il disco di pellicola sottile 20 è centrato sulla sommità dell'apertura 16, l'adesivo in pellicola 22 è premuto in contatto con la superficie dello strato di pittura 12 circondante l'apertura 16. The thin film 20 can be produced from a composite structure formed from a polyester support 21, the underside of which has been coated with a weak film adhesive layer indicated at 22, which can be an acrylic adhesive. The thin film discs 20 may be formed as circles cut from a pressure sensitive tape and mounted on a strip coated with a release agent prior to use. The composite thickness of the web formed by the polyester backing 21 and the acrylic adhesive layer 22 on its underside is about 0.0013 inches. Each disc. 20 is cut to be one and a half inches in diameter. Suitable tapes from which thin film discs 20 can be manufactured are sold commercially by the 3M Company, located in Minneapolis, Minnesota, as 3M protective tapes. A suitable tape is sold as part No. 1614. Once the thin film disc 20 is centered on the top of the opening 16, the adhesive film 22 is pressed into contact with the surface of the paint layer 12 surrounding it. opening 16.

Con il disco di pellicola sottile 20 in posizione, una scanalatura circolare 72 è tagliata nello strato di pittura 12 incidendo lo strato di pittura 12 attorno al perimetro della pezza di pellicola sottile o disco 20 con un utensile appuntito, quale un coltello o un punzone circolare. La scanalatura 72 è creata allo scopo di isolare la regione centrale 80 dello strato di pittura 12 dalla sua regione periferica circondante 82 che deve essere collaudata. Quindi, anche se irregolarità possono esistere nella regione centrale 80 dello strato di pittura 12 in corrispondenza dell'apertura 16, esse non sono di alcuna conseguenza dato che non influenzeranno la forza richiesta per creare un fallimento nel legame della regione periferica 82 dello strato di pittura 12 al substrato 14. With the thin film disc 20 in place, a circular groove 72 is cut in the paint layer 12 by etching the paint layer 12 around the perimeter of the thin film patch or disc 20 with a pointed tool, such as a knife or circular punch. . The groove 72 is created for the purpose of isolating the central region 80 of the paint layer 12 from its surrounding peripheral region 82 which is to be tested. Thus, although irregularities may exist in the central region 80 of the paint layer 12 at the opening 16, they are of no consequence since they will not affect the force required to create a failure in bonding the peripheral region 82 of the paint layer. 12 to substrate 14.

Una piastra 26 è fornita ed è preferibilmente fatta di un materiale relativamente forte che rimane sostanzialmente o almeno approssimativamente elastico durante la prova. Cioè, la piastra 26 può supportare le condizioni della prova senza superare fortemente il suo limite elastico. Per esempio, uno strato sottile di acciaio, lamina metallica, o un materiale composito forte possono essere utilizzati come piastra 26. La piastra 26 può, per esempio, essere formata da un disco di alluminio 7075-T6 che è di due pollici e un quarto di diametro e 0,080 pollici di spessore. A plate 26 is provided and is preferably made of a relatively strong material which remains substantially or at least approximately elastic during the test. That is, the plate 26 can support the test conditions without strongly exceeding its elastic limit. For example, a thin layer of steel, metal foil, or a strong composite material may be used as plate 26. Plate 26 may, for example, be formed of a 7075-T6 aluminum disc that is two and a quarter inches. in diameter and 0.080 inches thick.

La piastra 26 è dapprima soggetta alla stessa preparazione superficiale del substrato 14. La piastra 26 è poi posizionata con un suo primo lato 28 rivolto verso lo strato di pittura 12 che deve essere collaudato. Uno strato di adesivo di sovrarivestimento 84 è applicato in forma liquida sulla sommità dello strato di pittura 12. Lo strato adesivo 84 dovrebbe essere un adesivo a resistenza molto elevata. Lo strato di adesivo 84 può, per esempio, essere un adesivo fabbricato dalla Hysol Manufacturing, situata a Richmond, California, adesivo di fabbricante No. 9330 con gocce di vetro di diametro di 0,003 pollici al suo interno. The plate 26 is first subjected to the same surface preparation as the substrate 14. The plate 26 is then positioned with its first side 28 facing the paint layer 12 to be tested. A layer of overcoating adhesive 84 is applied in liquid form on top of the paint layer 12. The adhesive layer 84 should be a very high strength adhesive. The adhesive layer 84 may, for example, be an adhesive manufactured by Hysol Manufacturing, located in Richmond, California, manufacturer No. 9330 adhesive with 0.003 inch diameter glass droplets therein.

Una volta che lo strato di adesivo di sovrari vestimento 84 è stato applicato sulla sommità dello strato di pittura 12, la piastra di alluminio 26 è collocata sulla sommità dello strato di adesivo 84 con la superficie 18 della piastra 26 in contatto con esso. Gli strati compositi mostrati nell'illustrazione in esplodo della figura 1 sono poi compressi come è raffigurato nella figura 2. Lo strato di adesivo di sovrari vestimento 84 tra il lato sottostante 28 della piastra 26 collega la piastra 26 allo strato di pittura 12 che deve essere collaudato in modo tale che la forza adesiva del legame tra la piastra 26 e lo strato di pittura 12 che viene collaudato sia maggiore della forza del legame tra lo strato di pittura 12 e il substrato 14. Once the overcoat adhesive layer 84 has been applied to the top of the paint layer 12, the aluminum plate 26 is placed on top of the adhesive layer 84 with the surface 18 of the plate 26 in contact therewith. The composite layers shown in the exploded illustration of Figure 1 are then compressed as depicted in Figure 2. The overcoat adhesive layer 84 between the underside 28 of the plate 26 connects the plate 26 to the paint layer 12 which is to be tested in such a way that the adhesive strength of the bond between the plate 26 and the paint layer 12 being tested is greater than the bond strength between the paint layer 12 and the substrate 14.

L'indurimento dello strato di adesivo 84 produce il complesso di prova 10, la cui porzione centrale è mostrata in dettaglio nella figura 2. Il complesso di prova 10 è una struttura composita formata da diversi strati includenti il substrato 14, il rivestimento di prova 12, l'adesivo acrilico sensibile alla pressione 22, il supporto di poliestere 21, lo strato di adesivo ad alta intensità 84, e la piastra 26. Il complesso di prova 10 è poi collocato nell'accessorio di prova 30 illustrato nelle figure 3 e 4. L'accessorio o dispositivo di prova 30, con il complesso di prova 10 raffigurato nelle figure 1 e 2 incapsulato al suo interno, è poi usato per collaudare la forza del legame stabilito tra il rivestimento di prova 12 e il substrato 14. The curing of the adhesive layer 84 produces the test assembly 10, the central portion of which is shown in detail in Figure 2. The test assembly 10 is a composite structure formed of several layers including the substrate 14, the test coating 12 , the pressure sensitive acrylic adhesive 22, the polyester backing 21, the high intensity adhesive layer 84, and the plate 26. The test assembly 10 is then placed in the test fitting 30 illustrated in FIGS. 3 and 4 The fitting or test device 30, with the test assembly 10 depicted in FIGS. 1 and 2 encapsulated therein, is then used to test the strength of the bond established between the test coating 12 and the substrate 14.

L'accessorio o dispositivo di prova 30 è illustrato in dettaglio nelle figure 3 e 4 ed è fabbricato come una struttura generalmente sagomata a disco o sagomata cilindrica. Il dispositivo di prova 30 impiega una base di acciaio 34 sagomata generalmente nella forma di un vassoio sagomato a disco. La base 34 è dotata di una cavità centrale 36 al suo interno limitata attorno alla sua periferia esterna da una parete esterna anulare verticale formante una sporgenza di insediamento anulare 38, e in corrispondenza del suo fondo da un piano o pavimento 40. Il pavimento 40 è dotato di una pluralità di uscita di fluido 42 attraverso di esso. The fitting or test device 30 is illustrated in detail in FIGS. 3 and 4 and is manufactured as a generally disc shaped or cylindrical shaped structure. Test device 30 employs a steel base 34 shaped generally in the form of a disc shaped tray. The base 34 is provided with a central cavity 36 inside it limited around its outer periphery by a vertical annular outer wall forming an annular seating projection 38, and at its bottom by a plane or floor 40. The floor 40 is equipped with a plurality of fluid outlet 42 therethrough.

Il dispositivo di prova 30 include inoltre un coperchio 44 di acciaio sagomato a disco nel centro del quale è definita l'apertura d1 ingresso di fluido centrale, assiale 32. Il lato sottostante del coperchio 44 è dotato di una scanalatura anulare al suo interno atta a ricevere l'0-ring 46. The test device 30 further includes a disc-shaped steel cover 44 in the center of which the central, axial fluid inlet opening 32 is defined. The underside of the cover 44 is provided with an annular groove therein adapted to receive the 0-ring 46.

La parete esterna della base 34 ha quattro fori internamente filettati posizionati vicino alla sua periferia esterna e distanziati ad intervalli di 90° per ricevere viti 48 di coperchio filettate esternamente. Il coperchio 44 ha quattro aperture periferiche attraverso di esso che sono allineate con i fori tappati internamente nella parete della base 34. Con il coperchio 44 rimosso, il complesso di prova 10 di figure 1 e 2 è invertito e collocato nella cavità 36, con la superficie 18 del substrato 14 che appoggia sulla sommità della sporgenza periferica 38 definita nella base 34. The outer wall of the base 34 has four internally threaded holes positioned near its outer periphery and spaced at 90 DEG intervals for receiving externally threaded cover screws 48. The lid 44 has four peripheral openings through it which are aligned with the internally plugged holes in the wall of the base 34. With the lid 44 removed, the test assembly 10 of FIGS. 1 and 2 is inverted and placed in the cavity 36, with the surface 18 of the substrate 14 which rests on the top of the peripheral projection 38 defined in the base 34.

Con l'0-ring 46 in posizione della scanalatura del coperchio 44, il coperchio 44 è fissato alla base 34 impegnando e fissando tutte le quattro viti mordenti 48. I gambi filettati delle viti 48 mordenti sono fatti passare attraverso le quattro aperture definite vicino alla periferia del coperchio 44 che sono allineate con i fori filettati nella base 34 del dispositivo. I gambi filettati delle viti mordenti 48 sono impegnati nei fori filettati nelle pareti del dispositivo 34 e fissati per comprimere il coperchio 44 verso la sporgenza di supporto 38 della base 34 del dispositivo. Lo stringimento continuato delle viti 48 mordenti fa si che il substrato 14 comprima l'O-ring creando quindi una guarnizione a tenuta di fluido tra la superficie 17 del substrato 14 e il coperchio 44 del dispositivo 30. Il complesso di prova 10 è in seguito saldamente serrato entro il dispositivo o accessorio di prova 30. With the O-ring 46 in position of the lid groove 44, the lid 44 is secured to the base 34 by engaging and securing all four lag screws 48. The threaded shanks of the lag screws 48 are passed through the four openings defined near the periphery of the cover 44 which are aligned with the threaded holes in the base 34 of the device. The threaded shanks of the lag screws 48 are engaged in the threaded holes in the walls of the device 34 and fixed to compress the cover 44 towards the support projection 38 of the base 34 of the device. The continued tightening of the clamping screws 48 causes the substrate 14 to compress the O-ring thereby creating a fluid-tight seal between the surface 17 of the substrate 14 and the cover 44 of the device 30. The test assembly 10 is then securely tightened within the test fixture or accessory 30.

Il dispositivo di prova 30 è poi collegato ad una sorgente di pressione di fluido, non mostrata, nel modo raffigurato nella figura 5. La figura 5 illustra schematicamente un sistema di collaudo tipico secondo l'invenzione in cui un gas inerte o liquido applicato sotto pressione al dispositivo di prova 30. La sorgente esterna di fluido pressurizzato, quale azoto, è fornita alla linea 50. La pressione del fluido è regolabile da un regolatore di pressione 52. Una valvola 54 controlla il flusso del fluido al dispositivo di prova 30 attraverso una linea di collegamento 56. La linea di collegamento 56 è collegata all'apertura di fluido 16 nel substrato 14 attraverso l'apertura 32 di ingresso di pressione. Un misuratore di pressione 58 misura la pressione del fluido entro il sistema di prova. Il misuratore di pressione 58 può essere un dispositivo meccanico digitale, e ha la capacità di registrare misurazione di pressione massima e indica la pressione di scala della pressione più elevata che è registrata entro il dispositivo di prova 30. The test device 30 is then connected to a source of fluid pressure, not shown, in the manner depicted in Figure 5. Figure 5 schematically illustrates a typical test system according to the invention in which an inert gas or liquid applied under pressure to the test fixture 30. The external source of pressurized fluid, such as nitrogen, is supplied to line 50. The fluid pressure is adjustable by a pressure regulator 52. A valve 54 controls the flow of fluid to the test fixture 30 through a connection line 56. Connection line 56 is connected to fluid port 16 in substrate 14 through pressure inlet port 32. A pressure gauge 58 measures the pressure of the fluid within the test system. The pressure gauge 58 may be a digital mechanical device, and has the ability to record maximum pressure measurement and indicate the highest pressure scale pressure that is recorded within the test device 30.

Durante il funzionamento del sistema dell'invenzione la struttura composita 10 è racchiusa entro il dispositivo di prova 30 come precedentemente descritto. Il fluido pressurizzato è fornito al dispositivo di prova 30 e pressione è aumentata fino a che la sostanza di prova, cioè la regione periferica 82 dello strato di pittura 12, si distacca dal substrato 14. La pressione al momento del distacco è registrata come la pressione critica. During operation of the system of the invention, the composite structure 10 is enclosed within the test device 30 as previously described. Pressurized fluid is supplied to the test fixture 30 and pressure is increased until the test substance, i.e. the peripheral region 82 of the paint layer 12, detaches from the substrate 14. The pressure at the moment of detachment is recorded as the pressure criticism.

La seguente forma è usata per determinare la forza di legame The following form is used to determine the bond strength

dove "G" è il lavoro specifico del distacco, "P" è la pressione critica,e "m" e "n" sono costanti intrinseche alla struttura del sistema. Dopo che la verifica del sistema è completata, è necessario solamente osservare la pressione critica. La pressione critica può essere presa direttamente dal misuratore di pressione 58, il lavoro specifico di distacco può essere determinato in qualsiasi sistema di unità, (per esempio, inglese,metrico, o SI), usando un sistema digitale. where "G" is the specific work of the detachment, "P" is the critical pressure, and "m" and "n" are intrinsic constants in the structure of the system. After the system check is completed, it is only necessary to observe the critical pressure. The critical pressure can be taken directly from the pressure gauge 58, the specific release work can be determined in any system of units, (for example, English, metric, or SI), using a digital system.

Il dispositivo di prova 30 può essere collocato in una camera 60 durante la prova per determinare gli effetti di condizioni ambientali, quali temperature estreme o atmosfere corrosive, sulla forza adesiva di un materiale. Per valutare ulteriormente gli effetti di un ambiente corrosivo sulla forza adesiva, un gas o liquido corrosivo può essere usato come fluido di pressurizzazione. Test fixture 30 can be placed in a chamber 60 during testing to determine the effects of environmental conditions, such as extreme temperatures or corrosive atmospheres, on the adhesive strength of a material. To further evaluate the effects of a corrosive environment on the adhesive strength, a corrosive gas or liquid can be used as a pressurizing fluid.

La forza del legame dello strato di adesivo sensibile alla pressione 22 è alquanto debole in confronto sia con il legame formato dal rivestimento di prova 12 con la superficie superiore 18 del substrato 14 e anche il legame è formato tra la piastra 26 e il rivestimento di prova 12. Inoltre, la forza adesiva del legame tra la piastra 26 ed il rivestimento di prova 12 è maggiore della forza del legame tra il rivestimento di prova 12 ed il substrato 14. The bond strength of the pressure sensitive adhesive layer 22 is somewhat weak in comparison with both the bond formed by the test coating 12 with the top surface 18 of the substrate 14 and also the bond is formed between the plate 26 and the test coating 12. Furthermore, the adhesive strength of the bond between the plate 26 and the test liner 12 is greater than the bond strength between the test liner 12 and the substrate 14.

Il fallimento del legame della sostanza di prova può verificarsi o come un fallimento adesivo o come un fallimento coesivo. La figura 6 illustra il fallimento del legame adesivo tra il rivestimento di prova 12 ed il substrato 14 quando il fallimento si verifica come una separazione dello strato di adesivo 12 dal substrato 14. Pressione applicata attraverso l'apertura di ingresso di pressione 32 conducente all'apertura di fluido 16 nel substrato 14 distacca prontamente la regione centrale dello strato 22 di adesivo sensibile alla pressione dalla superficie superiore della regione centrale 80 del rivestimento di prova 12 e la piastra 26 si deflette sopra la regione centrale circolare 80 fino a che si verifica fallimento adesivo del legame tra la regione periferica 82 del rivestimento di prova 12 e il substrato 14. Failure of binding of the test substance can occur either as an adhesive failure or as a cohesive failure. Figure 6 illustrates the failure of the adhesive bond between the test coating 12 and the substrate 14 when the failure occurs as a separation of the adhesive layer 12 from the substrate 14. Pressure applied through the pressure inlet 32 leading to the fluid opening 16 in substrate 14 readily detaches the central region of the pressure sensitive adhesive layer 22 from the top surface of the central region 80 of the test liner 12 and the plate 26 deflects over the circular central region 80 until failure occurs adhesive of the bond between the peripheral region 82 of the test coating 12 and the substrate 14.

Il complesso di prova 10 è raffigurato al momento di fallimento nella figura 6, durante il quale la regione 82 dello strato di pittura 12 appena oltre la scanalatura 72 circondante il perimetro della pellicola sottile 20 inizia a separarsi dalla superficie 18 del substrato 14. Una volta che inizia la separazione, essa progredisce rapidamente radialmente verso l'esterno fino alla piastra 26, con la regione di rivestimento di prova anulare 32 ancora attaccata ad essa in modo adesivo, si libera interamente dal substrato 14. La piastra 26 è limitata nel suo movimento dal pavimento 40 della cavità 36, tuttavia. The test assembly 10 is depicted at the moment of failure in Figure 6, during which the region 82 of the paint layer 12 just beyond the groove 72 surrounding the perimeter of the thin film 20 begins to separate from the surface 18 of the substrate 14. Once as separation begins, it rapidly progresses radially outward to plate 26, with the annular test liner region 32 still adhesively attached thereto, releases entirely from substrate 14. Plate 26 is limited in its movement from the floor 40 of the cavity 36, however.

Alternativamente, il sistema può essere utilizzato per collaudare pure fallimento coesivo. La figura 7 illustra il sistema dell'invenzione al momento di fallimento coesivo entro il rivestimento di prova 12. Come nel fallimento del legame adesivo del rivestimento di prova 12, il legame adesivo sensibile a pressione dello strato di adesivo sensibile a pressione 22 con la superficie superiore della regione centrale 80 dello strato di pittura 12 fallisce quasi subito cosicché la pressione non agisce per creare un fallimento entro la regione centrale 80 dello strato di pittura 12. Invece, la pressione aumenta fino a che fallimento si verifica a causa di separazione interna entro la regione periferica 82 del rivestimento di prova 12, indicata generalmente in corrispondenza di 62, come raffigurata nella figura 7. Cioè, una porzione della regione 82 di rivestimento di prova dello strato di pittura 12 rimane fissato in modo adesivo alla superficie 28 del substrato 14, ma la porzione immediatamente adiacente ad essa si distacca. Si forma quindi una frattura entro la struttura del rivestimento di prova 12, come raffigurato in corrispondenza di 62. Alternatively, the system can be used to test cohesive failure as well. Figure 7 illustrates the system of the invention at the time of cohesive failure within the test liner 12. As in the adhesive bond failure of the test liner 12, the pressure sensitive adhesive bond of the pressure sensitive adhesive layer 22 to the surface top of the central region 80 of the paint layer 12 fails almost immediately so that the pressure does not act to create a failure within the central region 80 of the paint layer 12. Instead, the pressure increases until failure occurs due to internal separation within the peripheral region 82 of the test coating 12, generally indicated at 62, as depicted in Figure 7. That is, a portion of the test coating region 82 of the paint layer 12 remains adhesively attached to the surface 28 of the substrate 14 , but the portion immediately adjacent to it detaches. A fracture is then formed within the framework of the trial liner 12, as depicted at 62.

Quando si verifica fallimento coesivo come raffigurato nella figura 7, la pressione critica registrata dal misuratore di pressione 58 è la pressione richiesta per provocare fallimento coesivo sostanziale entro il rivestimento di prova 12. In questa applicazione il misuratore 58 misura la pressione al momento in cui si verifica fallimento coesivo interno sostanziale entro il rivestimento di prova 12. In entrambe le modalità di fallimento la piastra 26 rimane elastica quando soggetta alla pressione applicata per distaccare il rivestimento di prova 12 dal substrato 14 o per indurre fallimento coesivo. When cohesive failure occurs as depicted in FIG. 7, the critical pressure recorded by the pressure gauge 58 is the pressure required to cause substantial cohesive failure within the test liner 12. In this application, the gauge 58 measures the pressure at the time of verifies substantial internal cohesive failure within the test liner 12. In both failure modes the plate 26 remains elastic when subjected to pressure applied to detach the test liner 12 from the substrate 14 or to induce cohesive failure.

In alcune situazioni può dare prova di essere necessario rinforzare il substrato 14 per garantire che esso rimanga rigido e non si deformi prima che sia raggiunta la pressione critica. Una tale situazione include le stesse sostanze componenti e strati dei complessi di prova 10 ma inoltre include un "raddoppiatore" che è formato da un altro disco di alluminio avente una dimensione di costruzione identica al substrato 14. Questo disco di rinforzo è costruito e fissato al substrato 14 come descritto nella mia domanda statunitense precedente numero di serie 08/746.496. In some situations it may prove necessary to reinforce the substrate 14 to ensure that it remains rigid and does not deform before the critical pressure is reached. Such a situation includes the same component substances and layers as the test assemblies 10 but also includes a "doubler" which is formed from another aluminum disc having a construction size identical to the substrate 14. This reinforcing disc is constructed and secured to the substrate 14 as described in my prior U.S. application serial number 08 / 746.496.

Il disco di rinforzo ha pure un'apertura di diametro di un quarto di pollice praticata attraverso il suo centro. Nel fissare il supporto di rinforzo al substrato 14 utilizzando lo stesso substrato adesivo che è impiegato nello strato adesivo 84, è presa cura di garantire che le aperture 76 e 16 siano in sostanziale allineamento coassiale. Il complesso di prova rinforzato è serrato entro il dispositivo di prova 30 e pressione è applicata fino a che è raggiunta la pressione critica nel modo precedentemente descritto. The reinforcement disc also has a quarter inch diameter opening cut through its center. In attaching the reinforcement support to the substrate 14 using the same adhesive substrate that is employed in the adhesive layer 84, care is taken to ensure that the openings 76 and 16 are in substantial coaxial alignment. The reinforced test assembly is clamped within the test fixture 30 and pressure is applied until critical pressure is reached in the manner described above.

Senza dubbio, numerose variazioni e modifiche dell' invenzione diverranno prontamente evidenti ai tecnici familiari con sistemi di collaudo di adesione. Per esempio, qualsiasi numero di differenti materiali possono essere impiegati per formare il substrato, la pellicola sottile per coprire la regione centrale della sostanza di prova sopra l'apertura del substrato, la sostanza di prova stessa, la piastra e l'adesivo che lega la sostanza di prova alla piastra. Di conseguenza, l'ambito dell'invenzione non dovrebbe essere inteso come limitato a queste specifiche forme di realizzazione dell'invenzione raffigurate nè alle specifiche implementazioni del procedimento descritto. No doubt, numerous variations and modifications of the invention will become readily apparent to those familiar with adhesion testing systems. For example, any number of different materials can be used to form the substrate, the thin film to cover the central region of the test substance above the substrate opening, the test substance itself, the plate and the adhesive that binds the test substance. plate test substance. Accordingly, the scope of the invention should not be construed as limited to these specific embodiments of the invention depicted nor to specific implementations of the described method.

Claims

CLAIMS 1. A system for testing the strength of a bond between a test substance and a rigid substrate through which an opening is defined, comprising: a plate; a layer of overcoating adhesive between the plate and the test substance, wherein the overcoating adhesive layer binds the plate to the test substance with an adhesive force greater than the bond strength between the test substance and the substrate; a thin film interposed between the test substance and the overcoating adhesive layer directly above the aperture and extending beyond the perimeter of the aperture and in which the test substance is etched around the periphery of the thin film; means for applying increasing pressure across the opening in the substrate to detach the test substance from the substrate; And means for determining the critical pressure required to substantially detach a continuous periphery of an area in the test substance from the substrate, the critical pressure being directly related to the specific release work.

A system according to claim 1, wherein the means for determining the critical pressure further comprises; means for determining the adhesive strength of the bond between the test substance and the substrate directly from the pressure required to induce substantial bond failure as a function of the specific work of detaching the test substance from the substrate; And wherein the means for determining the critical pressure further includes: means for measuring the pressure at the moment when the bond between the test substance and the substrate is broken.

A system according to claim 1, wherein the plate remains elastic when subjected to the pressure applied to detach the test substance from the substrate.

A system according to claim 1, further comprising an adhesive layer on the underside of the thin film for holding the thin film in position on the test substance.

The system according to claim 1, wherein the test substance is a coating material attached to the substrate.

The system according to claim 5, wherein the coating material consists of paint.

7. A system according to claim 1, further comprising a rigid substrate reinforcement firmly attached to the substrate on a side thereof opposite the test substance, and in which the substrate reinforcement has an opening therethrough aligned with the opening through the substrate.

8. A system for testing the cohesive force of a test substance attached to a rigid substrate through which an opening is defined, comprising: a plate; an overcoat adhesive layer connected to the plate and test substance, wherein the overcoat adhesive layer connects the plate to the test substance with a force greater than the cohesive force of the test substance; a thin film on the test substance interposed between the test substance and the adhesive overcoat layer directly over the opening and extending beyond the perimeter of the opening, and in which a groove is formed in the test substance around the periphery of the film thin to avoid applying pressure to the portion of the test substance directly under the thin film; means for applying increasing pressure across the substrate opening to induce cohesive failure in the test substance; and means for determining the critical pressure required to induce cohesive failure around a continuous periphery of an area in the test substance, the critical pressure being directly related to the specific work of cohesive failure.

The system according to claim 8 wherein the means for determining the critical pressure further comprises: means for determining the internal cohesive force of the test substance directly from the pressure required to cause substantial cohesive failure within it, and wherein the means for determining critical pressure further comprises: means for measuring the pressure at the time when substantial cohesive failure occurs within the test substance.

A system according to claim 8, wherein the plate remains elastic when subjected to the applied pressure to detach the test substance from the substrate.

A system according to claim 8, further comprising adhesive on the underside of the thin film for bonding the thin film to the test substance.

The system according to claim 8, wherein the test substance is a coating material bonded to the substrate.

A system according to claim 12, wherein the coating material consists of paint.

14. The system of claim 8 further comprising a rigid substrate reinforcement firmly attached to the substrate on its opposite side to the test substance, and in which the substrate reinforcement has an opening therethrough aligned with the opening through the substrate.

15. A process for testing the strength of a test substance connected to a substrate comprising the steps which consist of: applying the test substance to the substrate so as to connect the test substance to the substrate; forming an opening through the substrate and the test substance; placing a patch of thin film on top of an area of the test substance directly above the opening, where the patch of test film extends beyond the perimeter of the opening; forming a groove in a test substance to surround the thin film patch; attach a plate to the test substance, thereby encapsulating the film between the test substance and the plate such that the adhesive strength of the bond between the plate and the test substance is greater than the bond strength of the bond between the test substance and the substrate; and determining the critical pressure required to create a test substance failure in a continuous area of the test substance surrounding the film patch.

16.. Process according to claim 15, wherein the step consisting in determining the critical pressure further comprises: determine the strength of the bond between the test substance and the substrate as a function of the specific work substantially of detachment of the test substance from the substrate, by measuring the pressure at the moment in which the bond between the test substance and the substrate is broken.

17. Process according to claim 15, wherein the step consisting in determining the critical pressure further comprises the step consisting in: determining the internal cohesive force within the test substance as a function of the specific work of creating substantial cohesive failure within the test substance by measuring the pressure at the time when substantial cohesive failure occurs within the test substance.

18. Process according to claim 15, further comprising the step consisting of: bond the plate to the test substance using an overcoat adhesive.

19. The method of claim 15 further comprising holding the thin film patch in position over the opening by first coating the underside of the thin film patch with an adhesive film which bonds the film patch to the test substance prior to placing the film. piece of thin film on top of the test substance.

20. The process of claim 15 wherein the test substance is paint.