聚合物失效分析案例:層壓材料—金屬化壓感膠粘劑的缺陷分析
來源:材料與測試
層壓材料的聚合物膜通過硅氧烷脫模層,與金屬化的聚對苯二甲酸乙二醇酯相接觸。聚合物膜上含有丙烯酸型壓感膠粘劑,通常產生大小為50-200微米的孤立缺陷,如圖1所示。缺陷將造成壓感膠粘劑表面不必要的金屬化。圖2展示的是光學顯微鏡下的缺陷。
圖1 壓感膠粘劑聚合物樣本的缺陷示意圖
圖2 光學顯微鏡下的缺陷
鑒于膠粘劑的失效,對樣本進行雙面檢測是有必要的,因為組分很有可能從一邊遷移至另一邊。雙面檢測還有助于確認失效所處位置,這在包含遷移材料的多層膠粘劑中并不明顯。
本案例中采用X射線光電子能譜儀對200微米的缺陷進行雙面檢測。
在金屬面的空位型缺陷處探測到的成分包括:CHx、C-O、O-C=O和硅。該結果與覆蓋了1-2單層硅樹脂的聚對苯二甲酸乙二醇酯中的元素相一致。周圍區域是釋放硅的材料,因此由于失效,硅已經遷移至缺陷區域。失效的壓感膠粘劑表面(例如底面綠的脫落)包括鋁、氧化鋁、CHx、C-O、O-C=O和硅,如下表所示。失效所處位置在聚合物與鋁的表面。
表:雙面檢測缺陷層和參考層得到的量化結果
仔細觀察底面鋁脫落處的碳光譜,可以發現C-O的峰值與O-C=O的峰值相同。這一現象證明了酯的存在。然而硅樹脂中存在少量的甲基,理論上來說這應是僅有的有機物質,甲基由于失效而未被檢測到。考慮聚對苯二甲酸乙二醇酯的金屬化,從高分辨率光譜中仍能發現細小的線索。
酯來源于脂肪族酯,并非如同聚對苯二甲酸乙二醇酯的聚芳酰胺,如圖3所示。確切的說,缺陷中CHx和C-O距離、CHx和O-C=O距離的能帶能級比聚對苯二甲酸乙二醇酯的參考樣本能級高出0.25-0.3eV。這樣的轉變與聚對苯二甲酸乙二醇酯上存在脂肪族酯相一致,脂肪族酯的存在早于金屬化,這造成了膠粘劑膜的失效。
圖3 從缺陷處(下)得到高分辨率碳光譜與聚對苯二甲酸乙二酯的參考值(上)的比較,表明C-O和O-C=O的結合能有所變化