一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法
【专利摘要】本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤A：将柔性层状复合薄膜中硬质薄膜和柔软基体之间结合面形状制成预定宽度的长方形，步骤B：柔软基体底部两端被束缚在基座上，在柔软基体的柔性薄膜界底部中间部分加压，加压区域长度设定为预定加压长度，宽度为预定宽度，步骤C：在加压区域额边缘设定剪切面形状同样为长方形，宽度同样为预定宽度，长度为预定剪切长度，步骤D：利用柔性层状复合薄膜受到弯曲作用时硬质薄膜和柔软基体的变形不一致的特点，在加压区域施加预定压强，直至发生剪切破坏，变形过程被仪器记录下来，通过分析记录下来的图片，利用预定公式，可以计算出剪切强度。
【专利说明】-种柔性薄膜界面结合强度的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料力学性能测量领域，尤其涉及到一种利用硬质薄膜和柔软基体之 间在受到外力作用时变形不一致的特点，通过在柔软基体底部施加压力直到层状结构界面 发生破坏的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法。
【背景技术】
[0002] 柔性层状复合薄膜被广泛应用于生物工程，橡胶工业和柔性电子器件等领域。在 生物工程中，由于轻磯灰石可W和骨质结合并吸收蛋白质该一独特的能力，将轻磯灰石薄 膜沉积在高分子材料上可W制得新型医用薄膜材料。在橡胶工业中，将化C(类金刚石）薄 膜沉积在下晴橡胶活塞表面，可W增强活塞的耐磨性，延长活塞的使用寿命。在电子工业 中，将无机材料电子器件制作在柔性/可延性塑料基体上，制成柔性覆铜电路板，柔性电子 显示器等装置，形成了柔性电子该一新兴的电子技术。
[0003] 影响柔性层状复合薄膜使用性能的一个重要因素是硬质薄膜对柔软基体的粘附 性能。通常人们采用剥离强度来评价该种粘附性能。
[0004] 日本专利JP01185430公开了一种评价薄膜材料界面结合强度方法。该方法首先 在薄膜材料表面刻蚀出一组图案，然后利用胶带粘结在图案表面，之后将胶带撕下来，通过 测量图案粘结在胶带上的面积大小来评价薄膜材料的界面结合强度。该种方法简单直观， 但是在实际应用时，当柔性层状复合薄膜受到外力，例如摩擦、弯曲和热应力作用时硬质薄 膜和柔软基体的变形不一致，使薄膜和基体之间容易发生剪切断裂而导致结构功能失效， 因此有必要知道该种结构的剪切破坏强度，W便更好地评价其界面结合性能。
[0005] 采用通常的剪切强度测试方法，例如薄板粘接剪切试验、ENF方法和ELS方法，很 难准确测量柔性层状复合薄膜的界面剪切强度或modeII的应变能释放率。薄板粘接剪切 试验是指采用夹具夹住两块粘结着的薄板的两端在平行于粘结界面的方向拉伸，并求出拉 伸力的最大值，用其除W剪切面积来表征两块薄板之间的剪切强度。该种方法的优点是操 作和计算比较简单，被广泛应用于界面剪切强度的测量。但是该种方法要求薄板本身在粘 结界面破坏前不能有较大的屈服变形。对于柔性层状复合薄膜，由于薄膜厚度小，基体柔 软，在拉伸过程中基体本身会产生较大变形，并且夹具很难夹持，因而该种测量方式不能用 于柔性层状复合薄膜的界面剪切强度测量。对于ENF方法或ELS方法，与薄板粘结剪切试 验相比，免去了加持装置，但是它要求薄板需要有一定的抗弯刚度，W便能得到支撑，对于 柔性层状复合薄膜，由于基体材料柔软，不能提供支撑，该种测量方式同样不能用于柔性层 状复合薄膜的界面剪切强度测量。
[0006] 已经公开的测量界面结合强度的其他方法有：
[0007] 中国专利CN103018160A公开了一种定量表征薄膜材料界面结合性能的屈曲测试 方法及装置。在该发明中通过万能材料试验机对试样进行轴向的单轴压缩，并记录试样的 应力应变数值，同时通过CCD相机对加载过程试样的横截面进行同步的实时观测，并实时 记录屈曲过程中的临界应力，挽度W及裂纹长度等剥离特征，建立涂锻层-基体应力应变 历史与剥离特征之间的关系来表征涂锻层-基体的界面结合性能。该发明具有原理简单、 试样制备简单、模型清晰、易于操作等优点。但是由于柔性层状复合薄膜的基体柔软，容易 出现制样困难、材料浪费、单轴压缩时破坏位置不确定、变形大、计算困难等问题。
[0008] 中国专利CN101236152B公开了一种采用弹丸冲击来测试涂层/薄膜-基体界面 结合强度的方法。该发明包括如下步骤：制备涂有待测涂层的平板试样；制备有涂层的弹 丸，弹丸基体由声阻抗较低的材料制成；用发射装置发射弹丸，使弹丸W覆有涂层部位垂 直冲击试样上的基体表面；测量弹丸与试样接触时的初速度，并通过已知的数值计算和理 论分析，求得试样涂层/薄膜-基体界面应力历史；测量试样上的涂层/薄膜-基体界面 剥离特征尺寸，建立涂层/薄膜-基体界面应力历史与涂层/薄膜-基体界面剥离特征尺 寸的关系，W评价涂层/薄膜-基体界面结合性能。该发明具有原理简单、模型清晰；能测 试强结合涂层的涂层/薄膜-基体界面结合性能及涂层/薄膜-基体界面动态性能，可操 作性强等优点。但是该种方法仅适用于金属、陶瓷等硬质基体，由于柔性层状复合薄膜的基 体柔软，不易夹持、高速弹丸的冲击对基体容易造成破坏，使计算出现较大偏差，甚至无法 计算。
[0009] 考虑到接触测量的局限性，有必要发展一种非接触测量方法，来测量该种结构的 界面剪切强度。
【发明内容】
[0010] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种柔性薄膜界面结合强度 的测量方法，是利用数字散斑法的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法。具体是通过在 柔性层状复合薄膜柔软基体底部加压，使其拱起变形，并采用数字散斑法测量变形程度，从 而根据相关预定公式计算出界面剪切强度的柔性薄膜界面结合强度测量方法。
[0011] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，具有该样的特征：利用数 字散斑法对柔性薄膜界面结合强度进行测量。
[0012] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于，具有W下步 骤：
[0013] 步骤A;将柔性层状复合薄膜中硬质薄膜和柔软基体之间结合面形状制成预定宽 度的长方形；
[0014] 步骤B;柔软基体底部两端被束缚在基座上，在柔软基体的柔性薄膜界底部中间 部分加压，加压区域长度设定为预定加压长度，宽度为预定宽度；
[0015] 步骤C;在加压区域额边缘设定剪切面形状同样为长方形，宽度同样为预定宽度， 长度为预定剪切长度；
[0016] 步骤D;利用柔性层状复合薄膜受到弯曲作用时硬质薄膜和柔软基体的变形不一 致的特点，在加压区域施加预定压强，直至发生剪切破坏，柔性层状复合薄膜的变形过程被 数字散斑测量仪器记录下来，通过分析记录下来的图片，利用预定公式，可W计算出柔性层 状复合薄膜的界面剪切强度。
[0017] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤A;其中，步骤 A还包括；在将硬质薄膜和柔软基体之间结合面形状制成预定宽度的长方形之前，将基座 的表面用丙丽擦拭干净，将柔性层状复合薄膜一面采用蔡轴处理剂处理后，清洗干净，用丙 丽擦拭，风干。
[0018] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤A;其中，硬质 薄膜和柔软基体的厚度比为1:12。
[0019] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤B;其中，预定 宽度范围为5. 2-6. 2mm。
[0020] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤B;其中，预定 剪切长度范围为0.3-0. 8mm。
[0021] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤C;其中，预定 压强为均匀加载在加压区域的液体压强。
[0022] 本发明提供的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，优选的步骤D;其中，预定 公式为：
【权利要求】
1. 一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 利用数字散斑法对柔性薄膜界面结合强度进行测量。
2. 根据权利要求1所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于，具有 以下步骤： 步骤A :将柔性层状复合薄膜中硬质薄膜和柔软基体之间结合面形状制成预定宽度的 长方形； 步骤B :所述柔软基体底部两端被束缚在基座上，在所述柔软基体的柔性薄膜界底部 中间部分加压，加压区域长度设定为预定加压长度，宽度为所述预定宽度； 步骤C :在所述加压区域额边缘设定剪切面形状同样为长方形，宽度同样为所述预定 宽度，长度为预定剪切长度； 步骤D :利用所述柔性层状复合薄膜受到弯曲作用时所述硬质薄膜和所述柔软基体的 变形不一致的特点，在所述加压区域施加预定压强，直至发生剪切破坏，所述柔性层状复合 薄膜的变形过程被数字散斑测量仪器记录下来，通过分析记录下来的图片，利用预定公式， 可以计算出所述柔性层状复合薄膜的界面剪切强度。
3. 根据权利要2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述步骤A还包括：在将所述硬质薄膜和所述柔软基体之间结合面形状制成所 述预定宽度的所述长方形之前，将所述基座的表面用丙酮擦拭干净，将所述柔性层状复合 薄膜一面采用萘钠处理剂处理后，清洗干净，用丙酮擦拭，风干。
4. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述硬质薄膜和所述柔软基体的厚度比为1:12。
5. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述预定宽度范围为5. 2-6. 2mm。
6. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述预定剪切长度范围为〇. 3-0. 8mm。
7. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述预定压强为均匀加载在加压区域的液体压强。
8. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述预定公式为：
T _为所述硬质薄膜和所述柔软基体分离时，可求得的所述界面剪切强度； h_为所述硬质薄膜和所述柔软基体分离时，对应的所述最大挠度； P为所述硬质薄膜和所述柔软基体分离时，对应的分离压强； P2为所述柔性层状复合薄膜去掉所述硬质薄膜后，只对所述柔软基体薄膜施加所述压 强，当所述最大挠度为h_时，对应的最大压强； d为长方形剪切面的所述预定剪切长度。
9. 根据权利要求2所述的一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，其特征在于： 其中，所述数字散斑测量仪器测量在所述预定压强作用下所述柔性薄膜变形所产生的 挠度变化。
【文档编号】G01N19/04GK104359835SQ201410682206
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】龙士国, 孙继亮, 王子菡 申请人:湘潭大学