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涂层起泡失效分析

2022-04-04  浏览量:59

 

背景

产品之间的兼容性,尤其是助剂与高分子材料之间的兼容性,是我们在选材时首先要考虑的,比如邻苯类以及棕榈酸酯类会使有机硅材料发生溶胀和变软,因此,在有机硅材料产品的周围,其它材料不能加入邻苯类和棕榈酸类作为增塑剂,否则会引起有机硅材料变软而失效。本案例也是关于材料之间不兼容引起的涂层起泡,失效产品是某产品涂层,涂层材质是聚氨酯材料,涂层周围会使用到其它高分子的线材,在使用过程中,涂层表面出现起泡。

 

1. 形貌观察

利用扫描电子显微镜对涂层起泡(NG)位置与未起泡(OK)位置进行观察,如图1所示,未起泡(OK)位置相对于起泡位置,表面比较密实,起泡(NG)位置表面较稀疏,颗粒感降低,有溶胀痕迹。

 

起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片 起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片
图1 起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片

 

剥开起泡位置,观察起泡内部的情况,涂层与基材发生剥离,如图2所示。

 

起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片 起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片
图1 起泡位置涂层与未起泡涂层SEM对比图片

 

2. 元素分析

利用X射线能谱仪对起泡(NG)位置与未起泡(OK)位置的元素进行对比分析,起泡(NG)位置含有明显的P元素,而未起泡(OK)位置无明显P元素。

 

起泡涂层的EDS能谱图
起泡涂层的EDS能谱图 起泡涂层的EDS能谱图
图3 起泡涂层的EDS能谱图

 

利用X射线能谱仪对与线材的元素进行分析,得知线材同样含有P元素,结果详见图4。

 

周围线材EDS能谱图
周围线材EDS能谱图 周围线材EDS能谱图
图4 周围线材EDS能谱图

 

3. GC-MS分析

利用气相-质谱联用仪(GC-MS)对起泡(NG)位置与未起泡(OK)位置涂层有机成分进行分析,得知起泡(NG)位置含有较多的磷酸三苯酯 、磷酸甲苯二苯酯 、二二(4-甲基苯酯)磷酸苯酯、三对甲酚磷酸酯、三甲苯磷酸酯,而未起泡(OK)位置涂层无明显含P的阻燃剂,如图5所示。

 

起泡位置与未起泡位置涂层四氢呋喃萃取液GCMS谱图

图5 起泡位置与未起泡位置涂层四氢呋喃萃取液GC-MS谱图

 

利用气相-质谱联用仪(GC-MS)对周围线材进行有机成分分析,得知周围线材中含有磷酸三苯酯 、磷酸甲苯二苯酯 、二二(4-甲基苯酯)磷酸苯酯、三对甲酚磷酸酯、三甲苯磷酸酯阻燃剂成分如图6所示。

 

周围线材四氢呋喃萃取液GCMS谱图

图6 周围线材四氢呋喃萃取液GC-MS谱图

 

4. 综合分析

从形貌观察结果得知,起泡涂层表面有溶胀痕迹,涂层与基材发生脱离,且起泡位置有P(磷)元素,而未起泡位置无明显P元素;气相质谱分析结果得知,起泡位置含有大量含P(磷)阻燃剂,而未起泡位置无明显含P(磷)阻燃剂;起泡涂层与之配套的线材均含有(磷)P阻燃剂。含P(磷)助燃剂虽可用作无卤环保型阻燃剂,但分子量小,具有易挥发和迁移的特点,会使聚氨酯涂层发生溶胀。

 

综合以上结果,可得以下结果:

涂层出现起泡的原因是周围线材中使用了大量含P阻燃剂,迁移至聚氨酯涂层内部,使涂层发生溶胀脱离基材,引起起泡。

 

建议:提高产品之间的兼容性。

 

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