由於黏結劑複合樣品所使用的黏結劑種類、用量及加工工藝的不同,導致紙基粘結面的表觀結構呈現如圖2、圖3所示的差異。由圖1與圖2、圖3的差異進一步分析可以看出,兩種複合方式對紙基中使用的樹脂熱熔性的要求不同。超聲波複合要求紙基中使用的樹脂體系需具有一定的熱熔性,以便在超聲波的作用下與無紡布發生熱熔粘合,從而將二者複合成新的過濾材料;而黏結劑複合對紙基中所用樹脂體系的熱熔性無特殊要求,因爲其是依靠紙基與無紡布接觸面上施加的黏結劑將兩者複合成新的過濾材料的,但此種複合方式所使用的無紡布需提前進行超聲波焊接處理以固定其結構。
1結合點形態觀察
爲了進一步的瞭解不同複合方式商品樣焊點處的表面和截面形態,因而採用掃描電子顯微鏡分別對圖1、圖2、圖3所示的樣品(分別爲1#樣品、2#樣品、3#樣品)進行了觀察。從圖4中可以看到,超聲波焊接可以使焊點處的無紡布纖維熔融,原來的纖維形態消失,而形成一幾乎不透氣的圓形膜狀物。此外通過對圖5的觀察,可以發現在將此種複合材料的無紡布與紙基分離的過程中,焊點處會殘留一些無紡布纖維,這說明在超聲波以及焊接壓力的作用下,無紡佈會與紙基上的樹脂發生熱熔黏合,從而提供層間結合強度。從圖6中可以看到,此種複合方式會導致焊點處紙基的厚度下降,緊度提高,從而使複合材料的透氣度下降。黏結劑存在的位置,紙基的孔隙結構被完全的破壞,因而會對整個複合材料的物理及過濾性能造成不良影響。由圖2、圖3的比較以及圖7的分析並結合圖11中不同樣品間層間結合強度的對比,我們可以得到以下結論:黏結劑的用量應該在複合材料的結合強度與對材料結構的影響間取得平衡,結合強度不是越大越好。從圖8、圖9、圖10中可以看到,採用黏結劑粘結複合的樣品,對無紡布也單獨進行了超聲波焊接處理,因而焊接點處與紙基的粘結並不是很緊密。對無紡布進行超聲波點焊處理的原因主要在於熔噴無紡布的結構較爲疏鬆,在使用過程中受燃油的衝擊容易因爲結構的不穩定而導致材料過濾性能的不穩定,從而影響發動機的正常、安全運行。
2使用前樣品的層間結合強度分析
爲了量化表徵不同複合方式商品樣無紡布與紙基間結合強度的大小,因而採用層間結合力測定儀分別對上述1#樣品、2#樣品、3#樣品以及另外一種超聲波複合的樣品(記爲4#樣品)中無紡布與紙基間的層間結合強度進行了測試。,採用黏結劑粘結複合的2#、3#樣品的層間結合強度均比通過超聲波儀器直接焊接複合的1#、4#樣品的強度要大。比如2#樣品的層間結合強度爲40.821J/m2,約爲4#樣品層間結合強度13.067J/m2的3.12倍。此外通過超聲波10儀器直接焊接複合的1#、4#樣品之間的層間結合強度相差很小,而採用黏結劑黏結複合的2#、3#樣品的層間結合強度卻相差較大。造成這種現象的原因是後者層間結合強度的'大小與黏結劑的種類與用量關係密切。
3使用後商品樣的分析
由於使用後的樣品難以再用掃描電子顯微鏡觀察,因而採用肉眼觀察的方式對使用後商品樣的外觀結構、無紡布與紙基間的層間結合狀態以及污染物的分佈狀況進行了初步的分析,以期可以從實際使用效果的角度對兩種複合方式作進一步的瞭解,從而爲此種材料複合方式的改進與優化提供思路。從圖12中可以觀察到,採用超聲波複合的使用後商品樣,在對着燈光觀察時,其超聲波焊接點處呈現出明顯的透光;而將其無紡布與紙基分離露出粘結面後(如圖13示),可觀察到無紡布的焊點處與周圍相比呈現明顯的白色,而紙基的相應位置處污染物的分佈也較少,能與周圍較明顯區分。因而可以看出採用超聲波複合時,超聲波焊接點處是無法發揮過濾效果的。採用黏結劑複合的使用後商品樣,通過對其焊接點處的透光性(如圖14示)以及無紡布與紙基黏結面(如圖15示)的觀察,並與超聲波複合樣相比較,可以發現,雖然無紡布的焊點處與周圍相比仍呈現明顯的白色,但紙基的相應位置處污染物的分佈與周圍並無明顯差異。此外,黏結劑對複合材料過濾性能的影響不像焊點對其的影響般容易發現,而且隨着黏結劑種類、用量和粘結工藝設計等的不同而存在差異,因而需要藉助實驗儀器具體分析,不能一概而論。此外,在對兩種複合方式的使用後商品樣無紡布與紙基間結合狀態的觀察中,並未發現二者之間存在已剝離的情況,因而結合圖11中相應的數據,認爲超聲波複合時的層間結合強度已能達到使用要求,沒有必要做到性能過剩。
4結語
通過對進口高精度複合柴油過濾材料使用前和使用後樣品的複合方式及特點的研究,爲這類材料的開發提供了以下幾點思路:
(1)無紡布與紙基間的複合可採用超聲波儀器直接焊接複合的方式或使用黏結劑粘結複合的方式,兩種複合方式所製備的材料的層間結合強度都能滿足使用要求,但兩種複合方式對材料過濾性能的影響不同,基材的要求也有所不同。
(2)採用超聲波直接焊接複合時,可以通過對焊點的形狀和密度的設計在結合強度與對材料過濾性能的影響之間取得平衡。
(3)採用黏結劑粘結複合方式時,可以通過黏結劑種類、用量和粘結工藝的設計在結合強度與對材料過濾性能的影響之間取得平衡。