一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法
本专利技术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。
技术介绍
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，由于羟磷灰石可以和骨质结合并吸收蛋白质这一独特的能力，将羟磷灰石薄膜沉积在高分子材料上可以制得新型医用薄膜材料。在橡胶工业中，将DLC(类金刚石)薄膜沉积在丁晴橡胶活塞表面，可以增强活塞的耐磨性，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，形成了柔性电子这一新兴的电子技术。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这种粘附性能。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。这种方法简单直观，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，因此有必要知道这种结构的剪切破坏强度，以便更好地评价其界面结合性能。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，用其除以剪切面积来表征两块薄板之间的剪切强度。这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。但是这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，因而这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，以便能得到支撑，对于柔性层状复合薄膜，由于基体材料柔软，不能提供支撑，这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。已经公开的测量界面结合强度的其他方法有：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。在该专利技术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,挠度以及裂纹长度等剥离特征,建立涂镀层-基体应力应变历史与剥离特征之间的关系来表征涂镀层-基体的界面结合性能。该专利技术具有原理简单、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。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。该专利技术包括如下步骤：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,使弹丸以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,以评价涂层/薄膜-基体界面结合性能。该专利技术具有原理简单、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。但是这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。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，来测量这种结构的界面剪切强度。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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:利用数字散斑法对柔性薄膜界面结合强度进行测量。本专利技术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，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，可以计算出柔性层状复合薄膜的界面剪切强度。本专利技术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，将基座的表面用丙酮擦拭干净，将柔性层状复合薄膜柔软基体一面采用萘钠处理剂处理后，清洗干净，用丙酮擦拭，风干。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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：τmax为硬质薄膜和柔软基体分离时，可求得的界面剪切强度；hmax为硬质薄膜和柔软基体分离时，对应的最大挠度；P为硬质薄膜和柔软基体分离时，对应的分离压强；P2为柔性层状复合薄膜去掉硬质薄膜后，只对柔软基体薄膜施加压强，当最大挠度为hmax时，对应的最大压强；d为长方形剪切面的预定剪切长度。本专利技术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，数字散斑测量仪器测量在预定压强作用下柔性薄膜变形所产生的挠度变化。专利技术作用和效果根据本专利技术所涉及一种柔性薄膜界面结合强度的测量方法，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，使其在加压过程中界面发生剪本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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，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：在所述加压区域的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；其中，所述预定公式为：τmax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；hmax为所述硬质薄膜和所述柔软基体分离时，对应的最大挠度；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙士国，孙继亮，王子菡，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43