Hoe de uitharding van Backlack-laminaten te controleren: handleiding voor afpeltest en afschuiftest

De achterkant van de lamellen kan er al afgewerkt uitzien voordat de hechting daadwerkelijk is getest.

Dat is het vervelende ervan. A motorstapel kan er schoon, vlak en visueel aanvaardbaar uit de pers komen. De coating kan er doorlopend uitzien. De stapel kan zelfs de verdere verwerking doorstaan. Niets van dit alles bewijst dat de zelfhechtende coating is uitgehard tot een stabiele interlaminaire hechting.

Bij precisielaminatiebundels, met name dun elektrisch staal dat wordt gebruikt in motoren, generatoren en elektromagnetische assemblages, moet de controle van de uitharding een praktische vraag beantwoorden:

Blijft de gelijmde stapel onder reële mechanische, thermische en hanteringsbelasting aan elkaar vastzitten?

Afpeltests en afschuiftests zijn twee van de meest bruikbare methoden om deze vraag te beantwoorden. Ze zijn niet onderling uitwisselbaar. Bij een afpeltest worden zwakke plekken aan de randen blootgelegd. Bij een afschuiftest wordt de belastingsoverdracht over het verlijmde oppervlak gecontroleerd. In combinatie geven ze een duidelijker beeld van de uithardingskwaliteit van de coating dan alleen oveninstellingen of visuele inspectie.

Wat er bij de Backlack Cure-controle daadwerkelijk wordt gecontroleerd

Backlack is een zelfhechtende coating die wordt aangebracht op elektrische stalen lamineringen. Tijdens het verlijmen zorgen warmte en druk ervoor dat de coating zachter wordt, in contact komt met de aangrenzende laminaatlaag en uithardt tot een verlijmde laag.

In de productie kan het woord “cure” misleidend zijn. Het klinkt alsof het om een simpele ja-of-nee-situatie gaat. Dat is het echter niet.

Een uitgehard Backlack-laminaatpakket moet het volgende vertonen:

• een gelijkmatige hechting tussen de laminaatlagen;
• voldoende hechtsterkte binnen de uitgeharde coating;
• stabiele prestaties van de verbinding na afkoeling;
• aanvaardbaar elektrisch isolatiegedrag;
• geen ernstige uitdroging, blaasjes of droge plekken;
• consistente resultaten van partij tot partij.

Een stapel kan aan één van deze criteria niet voldoen zonder dat dit verdacht overkomt. Daarom zijn mechanische tests zo belangrijk.

De daadwerkelijke uithardingsomstandigheden zijn afhankelijk van het laagdikte, de piekmetaltemperatuur, de verblijftijd, de stapeldruk, de vlakheid van de laminaatlaag, de braamhoogte, de reinheid van het oppervlak en het koelgedrag. Het ovenrecept is slechts een deel van het verhaal. De coating hardt uit op basis van de temperatuur en druk waaraan deze daadwerkelijk wordt blootgesteld binnenin de stapel.

Dat verschil is de bron van veel problemen bij het opbouwen van een band.

Waarom visuele inspectie niet voldoende is

Bij een visuele inspectie worden duidelijke gebreken opgemerkt. Verkeerde uitlijning. Ernstige uitpersing. Blaren. Verontreiniging. Brandsporen. Vervormde stapelgeometrie.

Het detecteert zwakke hechting tussen lagen niet op betrouwbare wijze.

Een stapel kan aan de buitenkant er netjes uitzien, maar toch een slechte interne hechting vertonen. Een dunne olielaag, onstabiele opslag van de coating, een onvoldoende piektemperatuur van het metaal of lage druk in één zone kunnen lokale zwakke plekken veroorzaken. Soms treedt het eerste teken op tijdens de bewerking, de montage van de rotor, bedrijf bij hoge snelheid of thermische cycli.

Tegen die tijd zijn de kosten van het defect niet langer beperkt tot slechts één afgekeurd exemplaar.

Afpeltests en afschuiftests maken van de verborgen hechtingslaag meetbaar bewijs.

Afpeltest voor backlack-laminaten

Bij een afpeltest worden aan elkaar gehechte laminaten vanaf een rand losgetrokken. Voor de controle van de uitharding van de backlack is dit van belang, omdat veel delaminatiefouten ontstaan bij blootliggende randen, tandpunten, sleuven of gesneden delen.

De meest gangbare referentiemethoden zijn onder meer:

• DIN EN 1464 voor het testen van afpelbaarheid met zwevende rollen;
• ISO 11339 voor T-peel-tests van flexibele, gelijmde assemblages.

De ‘floating roller peel’-methode wordt vaak toegepast wanneer één van de aan elkaar gehechte delen flexibel genoeg is om los te laten, terwijl de andere kant ondersteund blijft. Bij deze test wordt de afpelweerstand gemeten terwijl de scheur zich langs de hechtlijn voortbeweegt. Bij de T-peel-test wordt gebruikgemaakt van een T-vormig, verlijmd proefstuk en wordt de kracht gemeten die nodig is om twee flexibele aan elkaar gehechte delen van elkaar te scheiden.

Simpel gezegd komt de schiltest neer op de vraag:

Hoe gemakkelijk gaat de verbinding los zodra het losmaken begint?

Dat is een scherpe vraag. Goed zo. Scherpe vragen zijn nodig.

Wat uit peel-tests blijkt

Een schiltest is nuttig om het volgende vast te stellen:

• slechte bevochtiging tussen de laminaten;
• onvoldoende uitgeharde coating;
• broos of overbelast uithardingsgedrag;
• risico op delaminatie onder invloed van randcondities;
• verontreiniging tussen lagen;
• zwakke hechting aan het stalen oppervlak;
• lokale variatie in de laagdikte;
• ongelijkmatige verwarming of druk.

De afpeltest is gevoelig. Soms zelfs te gevoelig. Een klein braamje, een ruwe rand, een verkeerd uitgelijnd proefstuk of een onregelmatige afpelhoek kunnen het resultaat beïnvloeden. Dat betekent niet dat de test onbetrouwbaar is. Het betekent wel dat de testopstelling nauwkeurig moet worden gecontroleerd.

Voor de productiecontrole is de afpeltest vaak een betrouwbare methode voor vroegtijdige waarschuwing. Als de afpelcurve verandert, kan het proces al aan het afwijken zijn voordat de stapel volledig bezwijkt.

Afschuifproef voor achterlaklaminaten

Bij een afschuifproef wordt het verlijmde gebied meer parallel aan het laminaatoppervlak belast. In plaats van de lagen uit elkaar te trekken, wordt geprobeerd ze uit elkaar te schuiven.

Voor met lijm verlijmde assemblages, DIN EN 1465 is een veelgebruikte norm voor trek- en schuifproeven. Bij de laminering van Backlack-materialen helpen schuifproeven om te beoordelen in hoeverre de uitgeharde coating de belasting over het verlijmde oppervlak kan overbrengen.

Bij een afschuifproef wordt het volgende onderzocht:

Kan het gelamineerde gebied krachten in het vlak opvangen zonder te verschuiven of te bezwijken?

Die vraag sluit beter aan bij veel gebruiksomstandigheden. Motorkernen en gelamineerde assemblages kunnen te maken krijgen met trillingen, koppel, druk bij perspassing, hanteringsbelasting, thermische uitzetting en bewerkingskrachten. De verbinding moet niet alleen afbladderen weerstaan, maar moet de stapel ook als een mechanisch geheel bijeenhouden.

Wat scheurtests aan het licht brengen

Een afschuifproef is nuttig om het volgende te controleren:

• hechtingssterkte aan het oppervlak;
• ontwikkeling van de genezing via de coatinglaag;
• procesconsistentie;
• invloed van verblijftijd en druk;
• invloed van het coatinggewicht;
• het gedrag van de verbinding na warmteveroudering;
• risico op inwendige slip of wrijvingsslijtage.

Een afschuifresultaat mag nooit als een algemeen materiaalgetal worden beschouwd. Het is afhankelijk van de geometrie van het proefstuk, het hechtingsoppervlak, de overlappingslengte, de testsnelheid, de staaldikte en de toestand van het oppervlak.

In het rapport moet dus worden vermeld hoe de test is uitgevoerd. Een getal zonder vermelding van de methode is maar half bruikbaar.

Afpeltest versus afschuiftest: welke moet worden gebruikt?

Beide moeten worden gebruikt wanneer de stapel kritiek is.

Bij afpeltests wordt de zwakte van de randen vastgesteld. Bij afschuiftests wordt de belastbaarheid van het verlijmde gebied gecontroleerd. Een stapel kan voor de ene test slagen en voor de andere zakken. Dat is niet vreemd. Het is informatie.

Wat de storingsmodus zegt over de kwaliteit van de reparatie

De piekkracht is belangrijk. Het breukvlak is net zo belangrijk.

Na een afpel- of afschuifproef moeten beide zijden van het gebroken proefstuk worden geïnspecteerd. Een goed kwaliteitscontroleverslag moet de gemeten kracht en de breukwijze bevatten.

Veelvoorkomende storingspatronen zijn onder meer:

Lijmfalen De coating laat zich netjes van het stalen oppervlak losmaken. Dit kan wijzen op een slechte reinheid van het oppervlak, een slechte bevochtiging, onvoldoende hechtdruk, problemen met oxiden of onvolledige uitharding.

Cohesiefout De breuk loopt door de coatinglaag zelf. Dit betekent vaak dat de coating aan beide lamineeroppervlakken vastzat, hoewel de interne sterkte van de uitgeharde laag nog moet worden onderzocht.

Gemengde storing Een deel van de breuk is te wijten aan de hechting, een deel aan de cohesie. Dit komt vaak voor bij echte productiemonsters. Het patroon en de locatie zijn van belang.

Onregelmatige hechting Op sommige plaatsen is er sprake van een sterke hechting, terwijl de materiaalresten op nabijgelegen plaatsen gemakkelijk loslaten. Dit kan wijzen op ongelijkmatige druk, plaatselijke verontreiniging, golvingen in de laminaatlaag, interferentie door bramen of ongelijkmatige warmteoverdracht.

Staalvervorming Dun elektrisch staal kan tijdens het testen buigen of vervormen voordat de hechting volledig loslaat. Dit kan wijzen op een sterke hechting, maar het kan een directe vergelijking ook bemoeilijken.

Een net ogende breuk is niet automatisch goed. Een ruw ogende breuk is niet automatisch slecht. Het oppervlak moet in samenhang met de testmethode, de geometrie van het proefstuk en het uithardingsverloop worden beoordeeld.

Wanneer de resultaten van Peel en Shear van elkaar afwijken

Meningsverschillen komen vaak voor. Ze kunnen nuttig zijn.

Als de afpelsterkte is laag, maar de afschuifsterkte is acceptabel, kan de stapel weliswaar een goede hechting aan de oppervlakken vertonen, maar een slechte randweerstand hebben. Controleer de toestand van de randcoating, de braamhoogte, de broosheid van de coating, de drukverdeling en de voorbereiding van het afpelproefstuk.

Als de afschuifsterkte is laag, maar de afpelsterkte is acceptabel, kan de stapel weliswaar weerstand bieden tegen het openen, maar de belasting in het vlak niet doorgeven. Controleer de maximale metaaltemperatuur, de verblijftijd, de laagdikte, de geometrie van de overlapping en of de uitgeharde laag te zacht is gebleven.

Als zowel de afpels- als de afschuifresultaten zijn laag, begin bij de basisprincipes: reinheid van het oppervlak, opslag van de coating, de werkelijke temperatuur van het metaal, druk, verblijftijd en vlakheid van de laminaatlaag.

Als beide zijn hoog, maar de spreiding is groot, maar juich nog niet te vroeg. Een grote spreiding duidt vaak op een onstabiel proces. Het kan te maken hebben met variaties in de verwarming. Het kan te maken hebben met variaties in de druk. Het kan te maken hebben met variaties in het coatinggewicht. Of het kan zijn dat de ene operator de monsters anders voorbereidt dan de andere.

Een betrouwbaar proces levert niet alleen goede resultaten op. Het levert resultaten op die zich herhalen.

Een praktisch plan opstellen voor de verificatie van de genezing

Een plan voor de controle van de bewerking moet in verhouding staan tot het risico van het onderdeel.

Test in de vroege ontwikkelingsfase verschillende uithardingsomstandigheden. Wijzig waar mogelijk telkens één belangrijke variabele: temperatuur, verblijftijd, druk of laagdikte. Noteer het resultaat. Noteer de faalwijze. Bewaar de monsters.

Gebruik voor de productiestart de daadwerkelijke lamineergeometrie. Vlakke proefstukken zijn handig, maar geven niet altijd een goed beeld van sleuven, tanden, smalle bruggen, binnendiameters of warmteoverdracht bij gestapelde hoogtes. Een test met een gemakkelijk te verkrijgen materiaal kan een gemakkelijk antwoord opleveren. Dat is echter niet altijd het juiste antwoord.

Voor routinematige kwaliteitscontrole kan een evenwichtig plan het volgende omvatten:

• afpeltest voor snelle controle van de productiepartij;
• afschuifproeven voor geplande validatie;
• aanvullende tests na wijzigingen in materiaal, gereedschap, coating of oven;
• vastgestelde bemonsteringslocaties uit de stapel;
• duidelijke acceptatielimieten;
• foto’s van storingsmodi;
• traceerbaarheid naar partij, uithardingscyclus en inspectiedatum.

Acceptatiecriteria moeten gebaseerd zijn op de specificaties van de klant, het ontwerp van de stapel, de bedrijfsbelasting en de gevalideerde productiegeschiedenis. Vermijd het overnemen van waarden van een onderdeel dat hier geen verband mee houdt. Het verlijmen van de speling is te sterk afhankelijk van de geometrie en de procesomstandigheden om deze snelkoppeling te kunnen toepassen.

Wat er in een nuttig testrapport moet staan

Een rapport van een afpel- of afschuifproef moet zo saai mogelijk zijn: duidelijk, herhaalbaar en moeilijk verkeerd te interpreteren.

Een goed verslag moet het volgende bevatten:

• laminatiemateriaal en -dikte;
• type coating of interne coatingcode;
• het coatinggewicht of het bereik van de coatingdikte, indien geregeld;
• stapelrichting en locatie van het monster;
• temperatuurprofiel tijdens het verlijmen;
• de piekmetaltemperatuur, indien gemeten;
• verblijftijd;
• hechtdruk;
• koelmethode;
• gebruikte testnorm;
• afmetingen van het monster;
• testsnelheid;
• aantal monsters;
• gemiddelde, minimum- en maximumwaarden;
• storingsmodus;
• foto’s van typische storingen;
• beoordeling op basis van ‘geslaagd/niet geslaagd’ ten opzichte van de overeengekomen specificatie.

Dankzij dit detailniveau kunnen technische teams problemen met de coating onderscheiden van procesproblemen. Ook helpt het inkoopteams om leveranciers te vergelijken zonder zich uitsluitend op claims te baseren.

Veelvoorkomende oorzaken van een zwakke achterlucht en hoe dit te verhelpen

Een slechte uitharding betekent niet altijd dat de oven te koud was.

Dat is één mogelijkheid. Maar niet de enige.

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder meer:

• onvoldoende piekmetaaltemperatuur in de stapel;
• verblijftijd te kort voor de werkelijke stapelmassa;
• ongelijkmatige persdruk;
• overmatige druk waardoor de coating uit de voegen wordt gedrukt;
• de hoogte van de bramen, waardoor volledig contact wordt verhinderd;
• olie of resten van het stempelen;
• vocht of slechte opslagomstandigheden vóór het verlijmen;
• coatinggewicht buiten het verwachte bereik;
• vervormde lamellen;
• snelle afkoeling waardoor spanning wordt vastgehouden;
• onvoldoende voorbereiding van de monsters tijdens het testen.

Een proces kan weliswaar aan de instelwaarde van de oven voldoen, maar toch mislukken. De coating hardt niet uit op basis van de uitlezing van de regelaar. De uitharding vindt plaats op basis van de toestand bij de hechtlijn.

Hoe wij projecten met Backlack-laminatiestapels ondersteunen

Bij projecten met op maat gemaakte lamineerstapels mag de controle van de uitharding niet achteraf als administratieve handeling worden toegevoegd. Deze moet in het productieproces worden geïntegreerd.

Bij een praktische projectbeoordeling moeten de verlijmingsmethode, de lamineerdikte, de coatingvereisten, de stapelhoogte, de uithardingscyclus, de testmethode, de acceptatiecriteria en het rapportageformaat worden vastgelegd voordat de productie van start gaat.

Onze engineering- en kwaliteitsteams kunnen dit proces ondersteunen door mee te werken aan het vaststellen van de eisen voor afpel- en afschuifproeven, het voorbereiden van validatiemonsters, het beoordelen van faalwijzen en het afstemmen van kwaliteitscontrolegegevens op de mechanische eisen van de eindassemblage.

Bij motorkernen voor hoge snelheden, prototypestapels, gelijmde statorsegmenten, rotorpakketten en andere precisie-assemblages van elektrisch staal zorgt dit voor minder giswerk. Ook wordt de kwalificatie van leveranciers hierdoor overzichtelijker. Op de tekening staat wat er nodig is. Het testrapport bewijst wat er is geproduceerd.

FAQ

Wat is de controle van de uitharding bij Backlack-laminering?

De controle van de uitharding van de backlack-laminering is het proces waarbij wordt nagegaan of de zelfhechtende coating tussen de lamellen van elektrisch staal is uitgehard tot een stabiele verbinding. Dit omvat doorgaans mechanische tests, een analyse van de faalwijzen en de traceerbaarheid van het proces.

Welke norm wordt gebruikt voor de Backlack-afpeltest?

DIN EN 1464 wordt doorgaans gebruikt voor afpeltests met zwevende rollen. ISO 11339 kan worden gebruikt voor T-afpeltests wanneer het ontwerp van het proefstuk geschikt is voor flexibele, verlijmde samenstellingen.

Welke norm wordt gebruikt voor afschuifproeven aan Backlack?

DIN EN 1465 wordt vaak gebruikt voor trek- en afschuifproeven op gelijmde assemblages. Voor Backlack-laminaten biedt deze norm de mogelijkheid om de sterkte van het gelijmde gebied te vergelijken onder gecontroleerde testomstandigheden.

Is een afpeltest beter dan een afschuiftest?

Nee. Bij afpeltests en afschuiftests worden verschillende vragen beantwoord. Bij een afpeltest wordt de weerstand tegen loslaten vanaf een rand gecontroleerd. Bij een afschuiftest wordt de belastingsoverdracht over het verlijmde gebied gecontroleerd. Bij kritieke stapels zijn vaak beide tests nodig.

Kan een laminaatstapel de afschuifproef doorstaan, maar de afpelproef niet?

Ja. Dit kan gebeuren wanneer het belangrijkste hechtvlak een schuifbelasting draagt, maar de rand zwak, broos, vervuild of slecht bevochtigd is. Het is een waarschuwingsteken, vooral bij stapels die worden blootgesteld aan hantering, trillingen of gebruik bij hoge snelheden.

Moeten de acceptatiewaarden uit een ander project worden overgenomen?

Nee. De aanvaardingsgrenzen moeten worden afgestemd op de geometrie van de laminering, het coatingsysteem, de staaldikte, de bedrijfsomstandigheden en de specificaties van de klant. Ook moet de testmethode worden vermeld, anders kan de waarde misleidend zijn.

Waarom is de piektemperatuur van het metaal van belang?

De piektemperatuur van het metaal komt dichter in de buurt van de werkelijke uithardingsomstandigheden dan de luchttemperatuur in de oven. Dikke stapels, de massa van de matrijs en de contactomstandigheden kunnen de warmteoverdracht naar de hechtlaag vertragen.

Wat moet er naast de testkracht nog meer worden geregistreerd?

Noteer de faalwijze, de locatie op het proefstuk, de uithardingscyclus, de testnorm, de afmetingen van het proefstuk, de testsnelheid en representatieve foto’s. Het getal geeft aan hoeveel kracht er is gemeten. Het beschadigde oppervlak helpt verklaren waarom.

Belangrijkste conclusie

Of er sprake is van backlack-hechting, kan niet aan het uiterlijk worden afgeleid. Dit wordt aangetoond door gecontroleerde tests en herhaalbare resultaten.

Afpeltests laten zien hoe de verbinding vanaf een rand loslaat. Afschuiftests laten zien hoe het verlijmde oppervlak de belasting opvangt. Samen bieden ze ingenieurs en kwaliteitscontroleteams een praktische manier om de uitharding van de coating te controleren, afwijkingen in het proces op te sporen en laminaatstapels met meer zekerheid goed te keuren.

Bij gelijmde stapels van elektrisch staal maakt dat verschil wel degelijk uit. Een stapel is niet zomaar samengesteld omdat de lagen elkaar raken. Er is pas sprake van verlijming als de coating, de uithardingscyclus en de testresultaten allemaal met elkaar in overeenstemming zijn.