專利名稱：用于評估層壓板機(jī)加工性能的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用可再現(xiàn)的壓痕以及對壓痕裝置導(dǎo)致的試件脫層區(qū)域的分析來評 估環(huán)氧樹脂層壓板試件的機(jī)加工性能的設(shè)備和方法。本發(fā)明提供一種以非常廉價(jià)且快捷的 方式對層壓板試件實(shí)際鉆孔性能進(jìn)行非常好的關(guān)聯(lián)。
背景技術(shù)：
用于制作印刷電路板的電氣層壓板產(chǎn)品通常包括以處于加強(qiáng)纖維玻璃襯墊內(nèi)的 熱固性環(huán)氧樹脂基體制成的多層組件。印刷電路板通常被板上的鉆孔穿透，從而在板上提 供釬焊連接部。通常，電氣層壓板產(chǎn)品諸如那些以環(huán)氧樹脂制成的產(chǎn)品，具有較高的耐熱性， 但是也高度交聯(lián)并展現(xiàn)出脆性。因此，需要評估這種以各種環(huán)氧樹脂材料制成的層壓板的鉆 孔性能，從而確定這種層壓板是否足以承受印刷電路板制造過程中的鉆孔步驟的嚴(yán)酷條件。層壓板的性能是以下各項(xiàng)相結(jié)合的結(jié)果用來制作層壓板的環(huán)氧的斷裂屬性；組 件的剛性以及環(huán)氧基體與加強(qiáng)纖維玻璃襯墊的粘性。構(gòu)成層壓板的料層的脫層揭示出層壓 板在局部壓力下擴(kuò)展裂紋的不利傾向。在用于高溫環(huán)氧樹脂的環(huán)氧工業(yè)中存在急迫的需 求，因?yàn)樵诠I(yè)中這種樹脂用于無鉛釬焊工業(yè)。但是，主要擔(dān)心的是，隨著環(huán)氧退化溫度升 高，也增大了環(huán)氧的脆性。脆性可能導(dǎo)致脫層或者鉆孔過程中層壓板剝落。在環(huán)氧工業(yè)中， 對方便的鉆孔性能測試或篩選方法存在需求。環(huán)氧層壓板的鉆孔性能目前通過高成本的測試過程來評估，這些測試過程包括利 用實(shí)際上昂貴的工業(yè)級層壓板鉆孔設(shè)備對制造的層壓板鉆孔。獲取這種層壓板制造商的 鉆孔設(shè)備并不容易實(shí)現(xiàn)。還可能花費(fèi)較長時(shí)間來獲取這種鉆孔性能結(jié)果，因?yàn)樾枰獙Ω叻?大率的圖片上大量小型鉆孔進(jìn)行分析。鉆孔設(shè)備無法獲取，使得原料供應(yīng)商諸如環(huán)氧樹脂 生產(chǎn)商難于檢查以原料配方制成的最終復(fù)合物的真實(shí)性能。環(huán)氧層壓板的“鉆孔性能”以 鉆頭的使用壽命來表征，就是說，斷裂前鉆頭可以承受的沖擊次數(shù)。另一種表征環(huán)氧層壓板 “鉆孔性能”的方法是多次沖擊之后，鉆頭的磨損量，磨損量以側(cè)翼磨損量來表征。這種量化 評估是利用層壓板鉆孔設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。工業(yè)上仍在尋求方便快捷地測試層壓板試件的廉價(jià) 方式，以便快速有效地確定電氣層壓板的機(jī)加工性能。因此，希望提供一種測試層壓板的設(shè) 備和方法。希望提供一種不需要對試件實(shí)際鉆孔而評估層壓板試件的鉆孔性能的設(shè)備和方 法。還希望提供這樣一種設(shè)備和方法，其可以從環(huán)氧樹脂制成的層壓板試件來測量環(huán)氧樹 脂的性能，而不必使用鉆孔工具。進(jìn)一步希望提供一種評估以任何環(huán)氧樹脂配方特別是以具有高退化溫度的環(huán)氧 樹脂制成的環(huán)氧層壓板的機(jī)加工性能(即，鉆孔性能、銑削、上膠(sizing)和切削)的低成 本快捷方法?，F(xiàn)有技術(shù)并沒有教導(dǎo)或公開這種低成本快捷方法來篩選用于制作電氣層壓板 的配方?，F(xiàn)有技術(shù)僅公開了需要耗費(fèi)時(shí)間進(jìn)行嘗試的全面鉆孔測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明指導(dǎo)一種用來測試層壓板復(fù)合件的新穎設(shè)備和方法，包括利用局部變形在層壓板中形成脫層和利用沖孔裝置在層壓板上形成斷裂，然后檢查層壓板的破壞程度。層 壓板上的脫層區(qū)域越大，則用于制作層壓板的特定樹脂在層壓板經(jīng)歷鉆孔過程之后顯示出 缺陷的可能性就越大。在一種實(shí)施方式中，用來測試層壓板試件的鉆孔性能的設(shè)備包括(a)層壓板試件 接收組件，所述層壓板試件接收組件能提供處于設(shè)置位置的試件，用于測試；和(b)用于讓 所述層壓板試件至少一個(gè)表面上形成壓痕的壓痕裝置。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述設(shè)備包括(a)基座；(b)用于保持所述試件 的保持裝置，所述試件保持裝置安裝在所述基座上，所述試件保持裝置包括杯形構(gòu)件，用于 將所述層壓板試件抵靠所述杯形構(gòu)件保持鉛直對齊；(c)用于垂直于所述試件一側(cè)的平面 沖壓所述試件以導(dǎo)致所述試件出現(xiàn)壓痕和變形的桿裝置；和(d)用于相對于所述試件往復(fù) 促動(dòng)所述桿裝置的促動(dòng)裝置，所述促動(dòng)裝置安裝在所述基座上。本發(fā)明設(shè)備的設(shè)計(jì)方案允 許低成本地評估環(huán)氧層壓板的機(jī)加工性能(即，鉆孔性能、銑削、上膠和切削)。該設(shè)備用于 實(shí)施可再現(xiàn)的壓痕。由所述壓痕在所述層壓板上導(dǎo)致的脫層區(qū)域與所述層壓板的機(jī)加工性 能相關(guān)。所述層壓板的所述性能是以下特性的組合結(jié)果環(huán)氧的斷裂特性、層壓板組件的剛 性、和環(huán)氧基體與加強(qiáng)玻璃纖維的粘性。本發(fā)明的設(shè)備的良好限定的設(shè)置以及使用馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)壓痕，較之類似但非馬達(dá)化 的方法，帶來結(jié)果的優(yōu)良再現(xiàn)性。


為了例述本發(fā)明，附圖示出了目前優(yōu)選的本發(fā)明的形式。但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明 并不限于示于附圖中的精確布置和結(jié)構(gòu)。圖1是本發(fā)明的設(shè)備的透視圖；圖2是本發(fā)明的設(shè)備的透視局部分解視圖；圖3是本發(fā)明的設(shè)備一部分的透視圖的照片，示出了層壓板試件“夾持”即保持在 所述設(shè)備的桿構(gòu)件和杯形構(gòu)件之間的固定位置；圖4是抵靠所述試件壓緊桿構(gòu)件的頭部部分而使所述試件變形之前，本發(fā)明的設(shè) 備的杯形構(gòu)件和桿構(gòu)件的側(cè)視圖，包括連接到所述杯形構(gòu)件的試件；圖5A是在所述層壓板變形之前，“夾持”即保持在本發(fā)明的杯形構(gòu)件和桿構(gòu)件的頭 部部分之間的位置的層壓板試件的截面圖；圖5B是層壓板試件的截面圖，施壓載荷抵靠本發(fā)明的設(shè)備的杯形構(gòu)件和桿構(gòu)件 的頭部部分之間的圖5A所示層壓板試件施加，示出了所述層壓板試件出現(xiàn)預(yù)定量的壓痕 或變形；圖6A是利用本發(fā)明的設(shè)備和方法使層壓板試件變形之前，所述層壓板試件的顯 微照片；圖6B是圖6A所示層壓板試件的顯微照片，在利用本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行測試 之后，示出了良好且可接受的機(jī)加工性能特性；圖7A是利用本發(fā)明的設(shè)備和方法變形之前，層壓板試件的顯微照片；和圖7B是圖7A所示層壓板試件的顯微照片，在利用本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行測試 之后，示出了不可接受的機(jī)加工性能特性。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中，將參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 但是，對于本技術(shù)的特定實(shí)施方式或者特定用途，以下描述所達(dá)到的程度來說，目的僅僅是 例述性質(zhì)，并僅僅提供對示例實(shí)施方式的簡要描述。因此，本發(fā)明并不限于以下所述的具體 實(shí)施方式，而是相反，本發(fā)明包括落入附帶的權(quán)利要求書的真實(shí)范圍內(nèi)的全部替代方案、改 型方案和等同方案。除非另行指明，對于材料、化合物或者組分的引述包括所述材料、化合物或組分本 身以及結(jié)合其他材料、化合物或者組分諸如化合物的混合物或者組合物。文中所用，單數(shù)形式“一”、“一”和“所述”包括復(fù)數(shù)形式，除非文中清楚地另行表 明。參照附圖時(shí)，類似的附圖標(biāo)記指代類似的元件。圖1示出了本發(fā)明的篩選或測試設(shè)備的一種實(shí)施方式，該實(shí)施方式一般由附圖標(biāo) 記100指代。根據(jù)本發(fā)明，測試機(jī)器或者設(shè)備100用來測試層壓板50測試樣本或測試試件 的機(jī)加工性能和鉆孔性能強(qiáng)度。術(shù)語“機(jī)加工性能”在文中用來指代測試樣本進(jìn)行切削或 改變尺寸而不出現(xiàn)切削缺陷的程度，所述切削缺陷諸如但不限于邊緣毛刺或脫皮。術(shù)語“鉆 孔性能”在文中用來指代測試樣本進(jìn)行鉆孔而不出現(xiàn)缺陷的程度，所述缺陷諸如但不限于 在鉆孔操作形成的孔周圍脫層或者在鉆孔周圍模糊(smear)。為了便于測試，測試設(shè)備100 包括試件接收組件，其一般由附圖標(biāo)記20來指代，用來接收試件50并將試件50保持在位 置上，并牢固地就位，準(zhǔn)備讓試件50接受來自一般以附圖標(biāo)記30指代的桿組件的壓力或沖 壓載荷。桿組件30由促動(dòng)裝置組件促動(dòng)，所述促動(dòng)裝置組件一般以附圖標(biāo)記40指代。參照圖1至3，圖中示出了適合評估矩形(優(yōu)選方形)的纖維加強(qiáng)環(huán)氧樹脂層壓 板50測試樣本或測試試件的裝置。層壓板試件50可以具有任何幾何形狀，但是優(yōu)選為平 整的平面方形層壓膜，帶有兩個(gè)側(cè)部以及特定的厚度。試件50可以由任何材料制成，并且 可以具有任意厚度。一般來說，層壓板由至少兩層或更多層層壓板材料制成，并且具有電子 應(yīng)用場合所用的層壓板的通常厚度。一般來說，試件50以環(huán)氧樹脂熱固性材料制成，并且 用于測試的試件的尺寸一般為矩形，優(yōu)選為方形，尺寸為寬度大約5厘米(cm) (1.97英寸) 到大約20cm (7. 87英寸)，而長度大約5cm (1.97英寸)到大約20cm (7. 87英寸)。優(yōu)選，試 件為10cm(3. 93英寸)乘10cm(3. 93英寸)的方形。試件的厚度一般從大約0. 4毫米(mm) (15. 7密耳)到大約4mm(157密耳)，優(yōu)選從大約1.2mm(47密耳)到大約2. Omm(78. 7密 耳)。試件接受向其施加可變壓痕載荷的裝置的處理，使得所述試件變形，但是載荷并不足 以撕裂或刺穿試件的厚度。在最簡單的形式中，本發(fā)明的裝置100包括基座10 ；—般以附圖標(biāo)記20指代的能 接收用于測試的試件50的試件接收組件；一般以附圖標(biāo)記30指代的能接觸試件50并使其 變形的壓痕或沖壓桿組件；和一般以附圖標(biāo)記40指代的能向所述試件50促動(dòng)所述沖壓桿 組件30并使其抵靠試件50的促動(dòng)裝置，并且所述促動(dòng)裝置能將沖壓桿組件30從試件50 移走。本發(fā)明的裝置200的部件的構(gòu)造材料可以是任何足以向試件50提供測試載荷的材 料。例如，本發(fā)明裝置100的部件可以由鋼或類似金屬形成?；蚱脚_10是用來安裝裝置100的其他部件的基礎(chǔ)。一般來說，基座10是任 意尺寸和厚度的矩形平臺。在一種實(shí)施方式中，基座10可以為大約12英寸(30.5cm)乘大
6約12英寸(30. 5cm)的方形，并且厚度大約為1/4英寸(6. 35mm)。平臺10可以是任何構(gòu)造 材料，例如，所述材料通?？梢允蔷垡蚁?、聚丙烯、木材、鋼等?；?0以及與其連接的設(shè)備 100的其他部件為便攜型，這使得設(shè)備100可用于實(shí)驗(yàn)室工作臺或辦公桌。試件接收組件 20是可以接收試件50的任何設(shè)備，其中試件50可以放置或設(shè)置在測試位置。在優(yōu)選實(shí)施 方式中，試件接收組件20包括一般以附圖標(biāo)記21指代的細(xì)長U形通道構(gòu)件；一般以附圖標(biāo) 記22指代的U形支架構(gòu)件，該U形支架構(gòu)件滑動(dòng)安裝到U形通道構(gòu)件21 ；和一般以附圖標(biāo) 記23指代的柱狀杯形構(gòu)件，所述柱狀杯形構(gòu)件連接到U形支架構(gòu)件22。柱狀杯形構(gòu)件23 可以借助任何適當(dāng)連接裝置例如利用粘結(jié)劑、鉗壓裝置或螺絲裝置連接或附連到U形支架 構(gòu)件22。在這種情況下，杯形構(gòu)件23利用螺絲構(gòu)件24和臂22c —側(cè)上用來接收螺絲構(gòu)件 24的螺紋腔(未示出)而連接到U形支架構(gòu)件22的一條臂22c。壓痕桿組件，文中可互換地稱為沖壓桿組件30，包括一般以附圖標(biāo)記31指代的細(xì) 長螺紋桿構(gòu)件；一般以附圖標(biāo)記32指代的柱狀適配器構(gòu)件；柱狀軸環(huán)構(gòu)件33 ；張緊螺絲裝 置34 ；和指示銷35。沖壓桿組件30借助軸構(gòu)件42耦接到促動(dòng)裝置組件40。促動(dòng)裝置組件40例如包括一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)(未示出)或者其他有能力移動(dòng)并控 制沖壓桿組件30的設(shè)備。馬達(dá)或運(yùn)動(dòng)裝置優(yōu)選容納在殼體41中。殼體41中的馬達(dá)提供 用來旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)件42代表的旋轉(zhuǎn)傳遞裝置的裝置。旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)件42 —端連接到所述馬 達(dá)而相對一端連接到?jīng)_壓桿組件30，并且軸構(gòu)件42將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到?jīng)_壓桿組件30。促 動(dòng)裝置組件40進(jìn)一步包括斷電-通電開關(guān)構(gòu)件43以使馬達(dá)斷電或通電；和連接到殼體41 的指示裝置44。試件接收組件20和促動(dòng)裝置組件40優(yōu)選連接或安裝到基座10上。部件 20和40的連接可以利用任何已知裝置例如利用粘結(jié)劑、利用夾鉗、利用螺母和螺栓或者利 用螺絲裝置來實(shí)現(xiàn)。在一種實(shí)施方式中，試件接收組件20的U形通道構(gòu)件21包括可拆卸的矩形塊構(gòu) 件21a，該矩形塊構(gòu)件可拆卸地連接到一般以附圖標(biāo)記21b指代的L形構(gòu)件，取決于視角， 在塊構(gòu)件21a和L形構(gòu)件21b組裝在一起時(shí)，形成U形通道或C形通道。構(gòu)件21b從截面 上觀察為L形，并且具有形成U形構(gòu)件21的“U”形基部的部分21c ；和形成U形構(gòu)件21的 “U”形的一條臂的部分21d。塊構(gòu)件21a形成U形構(gòu)件21的“U”形的另一條臂?？刹鹦兜?構(gòu)件21a利用任何已知裝置諸如粘結(jié)劑、螺絲裝置或螺母螺栓而可拆卸地連接到L形構(gòu)件 21b。在這種情況下，構(gòu)件21a借助多條螺栓21e連接到構(gòu)件21b，如圖2所示。U形通道構(gòu) 件21的可拆卸的構(gòu)件21a提供便于拆解所述設(shè)備并在壓痕過程中引導(dǎo)所述U形支架構(gòu)件 22的水平滑動(dòng)以及借助沖壓桿組件30的層壓板試件水平滑動(dòng)的裝置；和在試件鉗壓在杯 形裝置23和壓痕桿組件30之間后方便操作試件50的裝置。作為替代，U形通道構(gòu)件21還 可以機(jī)加工成一件式構(gòu)件，而非單獨(dú)的部件21a和21b。在塊構(gòu)件21a和L形構(gòu)件21b利用螺栓21e整體組裝在一起時(shí)，產(chǎn)生的U形通道 構(gòu)件21優(yōu)選具有基座部分21c、一條臂21a和另一條臂21d(如圖2所示)。U形通道構(gòu)件 21形成凹槽或通道21f，用于接收U形支架構(gòu)件22。U形支架構(gòu)件22通過通道21f可滑動(dòng) 地安裝在U形通道構(gòu)件21中。通過將L形構(gòu)件21b的底部表面21g連接到基座構(gòu)件10的 頂部表面面部10a，試件接收組件20借助L形構(gòu)件21b連接或安裝到基座10。U形通道構(gòu) 件21安裝到基座10，以使U形通道構(gòu)件21的凹槽或通道21f與基座10的面部IOa水平對 齊并與其平行。
試件接收組件20的U形支架構(gòu)件22包括與兩條臂部分22b和22c成整體的基座 部分22a。臂22b和22c彼此隔開，并彼此平行，而且與基座22a形成整體，以形成U形構(gòu) 件。臂22b和22c在基座22a的一側(cè)垂直于基座22a，從而形成U形(或C形構(gòu)件，取決于 視角)支架構(gòu)件22。U形支架構(gòu)件22對齊，使得構(gòu)件22的基座部分22a可滑動(dòng)地安裝到 U形通道構(gòu)件21的通道21f，且臂22b和22c從U形通道構(gòu)件21的通道21f垂直伸出，并 且臂22b和22c保持水平且平行于基座10的面部10a。U形支架構(gòu)件22的一條臂22b包含螺紋孔22d，用于接收螺紋桿構(gòu)件31。杯形構(gòu) 件23連接到第二臂構(gòu)件22c的內(nèi)側(cè)表面，其中杯形構(gòu)件23的杯形口部23c (在圖5A和5B 中示出)定位成使得杯形口部23c直接面對位于相對的臂22b上的螺紋孔22d。杯形構(gòu)件 23的杯形口部23c設(shè)置在臂構(gòu)件22c上，以使螺紋桿構(gòu)件31垂直于杯形口部23c的平面行 進(jìn)。柱狀杯形構(gòu)件23可以借助任何已知裝置諸如粘結(jié)劑、螺絲裝置或者螺母螺栓連接到臂 22c。在這種情況下，柱狀杯形構(gòu)件23經(jīng)由螺絲構(gòu)件24連接到臂22c。試件接收組件20的柱狀杯形構(gòu)件23包括與圓形基座23b成整體的柱狀壁23a，該 柱狀壁形成柱狀杯形構(gòu)件23的柱狀空腔或口部23c。杯形構(gòu)件的基座部分23b經(jīng)由螺絲 裝置24連接到臂22c，使得杯形構(gòu)件的外側(cè)底部表面23d接觸臂22c的內(nèi)側(cè)表面。根據(jù)需 要，杯形構(gòu)件23可以具有除柱狀之外的任何幾何結(jié)構(gòu)。沖壓桿組件30的螺紋桿31具有遠(yuǎn)端部分31a和近端部分31b，以及位于遠(yuǎn)端和近 端之間的帶螺紋中間部分31c。遠(yuǎn)端部分31c具有光滑的半球形頭部或者末端部分31a，該 末端部分用于接觸試件30。近端部分31b具有六邊形凸形部分31b，該六邊形凸形部分用 于將螺紋桿31耦接到適配器構(gòu)件32。適配器構(gòu)件32包括柱狀構(gòu)件，該柱狀構(gòu)件一端具有用于接收螺紋桿31的六邊形 凸形部分31b的六邊形插座凹形部分32a，而在適配器構(gòu)件32的另一端具有用于接收促動(dòng) 裝置組件40的軸構(gòu)件42的矩形邊或方形邊的插座凹形部分32b。適配器構(gòu)件32 —端用于 將適配器構(gòu)件32連接到桿構(gòu)件31，而另一端用于將適配器構(gòu)件32連接到從促動(dòng)裝置40的 殼體41伸出的桿構(gòu)件42。螺紋桿31的近端部分31b可以具有適合耦接到適配器構(gòu)件32 的插座凹形部分32a的任何幾何結(jié)構(gòu)。適配器構(gòu)件32的六邊形插座凹形部分32a可以具 有用于接收螺紋桿構(gòu)件31近端部分31b的對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的任何形狀或幾何結(jié)構(gòu)。此外，適 配器鉤件32的矩形插座凹形部分32b可以具有用于接收促動(dòng)裝置組件40的軸構(gòu)件42的 對應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)的任何形狀或幾何結(jié)構(gòu)。柱狀適配器構(gòu)件32適配成用于插入或連接到柱狀 軸環(huán)構(gòu)件33。軸環(huán)構(gòu)件33是沖壓桿組件30的部件，可拆卸地連接到適配器構(gòu)件32的部分32b 的柱狀外表面。軸環(huán)構(gòu)件33包含可拆卸的定位螺絲構(gòu)件34，該定位螺絲構(gòu)件用于將軸環(huán) 構(gòu)件33附連到適配器構(gòu)件32的部分32b的柱狀外表面。指示銷35垂直連接到軸環(huán)33的 柱狀外表面，從而在測試過程中，對沖壓桿組件30的桿構(gòu)件31運(yùn)動(dòng)圈數(shù)或旋轉(zhuǎn)進(jìn)行視覺指 示。促動(dòng)裝置40包括馬達(dá)(未示出)，該馬達(dá)與軸構(gòu)件42旋轉(zhuǎn)連接，用于旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)件42和 沖壓桿組件30。馬達(dá)和軸構(gòu)件42容納在殼體41中。殼體41上的開關(guān)43用于將馬達(dá)“通 電”或“斷電”。在優(yōu)選實(shí)施方式中，開關(guān)43進(jìn)行彈簧加載，從而如果不被使用者促動(dòng)的話， 將馬達(dá)“斷電”，即在被使用者的手指促動(dòng)時(shí)，所述開關(guān)持續(xù)保持“通電”，而一旦手指從開關(guān) 移開，則開關(guān)自動(dòng)跳回“斷電”位置。指示裝置44連接到殼體41，優(yōu)選連接到殼體的頂部表面上，并從所述殼體表面略微伸出；并且指示裝置44在沖壓桿組件30上對齊并垂直于指示 銷35。指示裝置44和指示銷35對于測試過程中沖壓桿組件30運(yùn)行的圈數(shù)提供視覺量度。在最簡單的形式中，測試試件的方法包括提供處于固定位置的試件50，以便可以 利用本發(fā)明的設(shè)備100在試件的一側(cè)或表面上形成壓痕。參照圖4、5A和5B，圖中示出了測 試前的層壓板試件50 (圖4和5A)和測試后的試件50 (圖5B)。正如前面參照圖1至3所 述，試件接收組件30包括柱狀杯形構(gòu)件23和具有螺紋桿構(gòu)件31的桿組件30。待測試層壓 板試件50在杯形構(gòu)件23和桿構(gòu)件31之間保持鉛直對準(zhǔn)，以便桿構(gòu)件31垂直于試件對試 件50進(jìn)行沖壓，使試件變形。試件變形例如呈壓痕形式，該壓痕導(dǎo)致構(gòu)成試件的多個(gè)料層 發(fā)生脫層。設(shè)備100的構(gòu)造材料可以是任何足以向試件50提供測試載荷的材料。優(yōu)選，設(shè) 備100以鋼或其他金屬形成。柱狀杯形構(gòu)件23的壁23a包含杯形口部23c，杯形口部帶有唇邊或周緣23d，用 于支撐測試樣本50的一側(cè)，即背側(cè)。通常，測試樣本50大約為2英寸(5. 08cm)寬、2英寸 (5. 08cm)長，而杯形構(gòu)件23應(yīng)該相應(yīng)確定尺寸。例如，柱狀杯形構(gòu)件23的圓形的杯形口部 23c的直徑大致約為1英寸(2. 54cm)。沖壓載荷借助桿組件30施加在測試樣本50上，其中 頭部部分31a抵靠測試樣本50的另一側(cè)，即前側(cè)，同時(shí)樣本50的背側(cè)抵靠杯形構(gòu)件23的 杯形口部23c的周緣23d。桿構(gòu)件31的螺紋部分31c螺旋穿過U形支架構(gòu)件22的臂22b 中的螺紋開口 22d，而施加在測試樣本50上的沖壓應(yīng)變(變形)通過觀察銷構(gòu)件35運(yùn)行的 轉(zhuǎn)數(shù)或圈數(shù)以及銷構(gòu)件35的最終位置由促動(dòng)裝置40來控制。基座10提供平臺和基礎(chǔ)以 固緊促動(dòng)裝置40和試件接收組件20，防止所述設(shè)備在測試過程中發(fā)生失準(zhǔn)。為了實(shí)施測試試件的過程，試件居中放置在杯形構(gòu)件23的杯形口部23c上，以覆 蓋杯形構(gòu)件23的杯形口部23c。試件50可以貼在杯形構(gòu)件23的杯形口部23c的周緣23d 上，例如利用膠帶或粘結(jié)劑將試件50保持就位，如圖4所示，直到桿組件30抵靠試件發(fā)生 接觸。作為替代，如圖5A所示，試件50可以首先由設(shè)備使用者懸持在杯形構(gòu)件23和桿組 件30之間，然后手動(dòng)旋轉(zhuǎn)桿構(gòu)件31，直到桿構(gòu)件31以僅足夠?qū)⒃嚰３志臀坏姆浅］p微 的壓力抵靠試件50的前側(cè)發(fā)生輕微接觸，直到測試開始。在這一點(diǎn)，試件50設(shè)置在杯形件 23和桿構(gòu)件31的頭部部分31a之間，如圖5A所示，并且如圖1和3所示。為開始測試過程，通過開關(guān)43為馬達(dá)通電。馬達(dá)開始旋轉(zhuǎn)與其相連的軸42，而該 軸旋轉(zhuǎn)桿組件30。螺紋桿31定位在U形支架構(gòu)件22的臂22b的螺紋孔22d的入口處，所 以隨著桿構(gòu)件31旋轉(zhuǎn)，桿構(gòu)件31的螺紋部分31c以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)鉆過螺紋孔22d，進(jìn)而導(dǎo)致U 形支架構(gòu)件22沿著通道21f以滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)向著桿31的近端部分移動(dòng)，即相反于桿構(gòu)件31的 方向。隨著U形支架構(gòu)件22水平移動(dòng)，滑過凹槽21f并且沿著水平方向平行于基座10的 面部IOa向著桿構(gòu)件31的近端部分移動(dòng)，杯形構(gòu)件23和臂22c上的試件50向著桿構(gòu)件31 的遠(yuǎn)端部分31a移動(dòng)。遠(yuǎn)端31a沿著附圖標(biāo)記36指代的箭頭所示方向移動(dòng)，如圖4所示。 這樣形成抵靠試件50前側(cè)或面部的沖壓動(dòng)作，該沖壓動(dòng)作進(jìn)而導(dǎo)致試件50變形或損壞。預(yù) 定壓力或載荷抵靠試件施加，足以使試件50變形但是不足以沖穿或撕裂試件，特別是不會 完全撕裂或穿透試件50的厚度。在開始測試時(shí)，指示銷35定位成交叉連接到殼體41的指示構(gòu)件44。在視覺觀察 指示銷35到達(dá)其停止位置的圈數(shù)之后，設(shè)備100的使用者記錄預(yù)定數(shù)目的完整旋轉(zhuǎn)或部分 旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)數(shù)或圈數(shù)關(guān)聯(lián)到試件上的預(yù)定載荷或壓力。圈數(shù)還可以關(guān)聯(lián)到桿構(gòu)件31的頭部
9部分31a進(jìn)入試件50表面而不沖穿試件所行進(jìn)的預(yù)定距離，如圖5B所示。根據(jù)與具有可 接受的機(jī)加工性能和鉆孔性能的標(biāo)準(zhǔn)試件對比，產(chǎn)生的試件50永久變形又對應(yīng)于試件50 的機(jī)加工性能或鉆孔性能。在當(dāng)前實(shí)施方式中，抵靠試件的載荷或者對試件的“沖壓”通過手動(dòng)激活本發(fā)明設(shè) 備的通電_斷電開關(guān)43而手動(dòng)控制。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，通電_斷電開關(guān)43、 對所述設(shè)備的桿構(gòu)件31的轉(zhuǎn)數(shù)控制以及對促動(dòng)運(yùn)動(dòng)的控制可以全部利用計(jì)算機(jī)化的自動(dòng) 設(shè)備或者其他自動(dòng)設(shè)備來實(shí)施。施加在試件上的壓力或載荷的大小以及對試件造成的沖壓 深度可以再現(xiàn)?？稍佻F(xiàn)沖壓可以通過抵靠試件以預(yù)定的速度和距離移動(dòng)沖壓桿組件來實(shí) 現(xiàn)。所述速度和深度可以設(shè)置在各種計(jì)算機(jī)化的設(shè)備(包括芯片控制的裝置或其他可編程 裝置)或者類似受控設(shè)備上。在優(yōu)選實(shí)施方式中，沖壓深度或者沖壓強(qiáng)度可以利用調(diào)節(jié)裝 置(未示出)來調(diào)節(jié)，以控制試件杯和桿構(gòu)件31之間的距離。雖然該距離可以手動(dòng)控制， 但是簡化和可再現(xiàn)性傾向于使用自動(dòng)控制。在抵靠試件50促動(dòng)桿構(gòu)件31并在試件上形成 期望的壓痕之后，停止促動(dòng)裝置。在這一點(diǎn)，U形支架構(gòu)件22保持杯形構(gòu)件23、試件50和 桿組件30的螺紋桿31，因?yàn)樵嚰?0 “夾持”在杯形構(gòu)件23和螺紋桿31之間。這時(shí)，通過 U形通道構(gòu)件21的通道21f向著相反于促動(dòng)裝置40的方向從適配器32的六邊形插座凹 形部分32a滑脫螺紋桿31的六邊形凸形部分31b，使用者可以從促動(dòng)裝置40脫開U形支 架構(gòu)件22以及杯形構(gòu)件23、試件50以及螺紋桿構(gòu)件31。通過手動(dòng)退回螺紋桿構(gòu)件31，設(shè) 備100的使用者然后可以迅速將試件50從試件接收組件20中拆下，以便將試件50從“夾 持”位置釋放，然后可以迅速分析試件50。換句話說，為了從試件接收組件20拆卸試件50， 簡單地反向促動(dòng)桿組件30，將螺紋桿構(gòu)件31c從試件50退回，然后從杯形構(gòu)件23脫開試 件50用于進(jìn)一步分析。在另一種實(shí)施方式中，通過拆卸螺栓構(gòu)件21e，U形通道構(gòu)件21的 可拆卸的矩形構(gòu)件21a可以從U形通道構(gòu)件21脫開。這樣可以允許使用者更方便地觸及 沖壓桿組件30并通過從適配器32的六邊形凹形插座部分32a滑脫桿31的六邊凸形部分 31b而更方便地從從適配器32脫開螺紋桿31。包括U形支架構(gòu)件22、杯形構(gòu)件23、試件50以及螺紋桿構(gòu)件31的部件的可拆卸 性能允許包含試件50的U形支架22具有便攜性，并有助于方便地拆卸設(shè)備100。在利用本 發(fā)明的設(shè)備對試件進(jìn)行沖壓或壓痕之后，可以借助本領(lǐng)域內(nèi)的任何裝置來適當(dāng)?shù)卦u估所述 壓痕，取決于研究所述壓痕的目的。例如，顯微鏡檢查和成像是眾多評估壓痕性質(zhì)的適當(dāng)方 式之一。對比評估優(yōu)選涉及一些可再現(xiàn)的測量，諸如測量由壓痕改變的物理性質(zhì)，諸如測試 樣本的總體外觀或者顏色或者它們的組合。本發(fā)明的設(shè)備具有優(yōu)勢地在試件表面上提供了 足夠大的損壞或變形圖案，使得表面構(gòu)造的變化可以利用因壓痕產(chǎn)生并導(dǎo)致肉眼可見的白 化的十字圖案的對角尺寸來量化。測量這種屬性的標(biāo)準(zhǔn)方法包括例如光學(xué)顯微鏡法和立體 顯微鏡法，并且分析測試樣本的圖片以測量該所述十字的對角維度尺寸。成分不同的層壓 板試件上的這些差異對比顯示出了壓痕的不同。所述測量可以迅速和可再現(xiàn)地進(jìn)行，例如 使用低倍率顯微鏡?？梢岳帽景l(fā)明的設(shè)備研究制作層壓板的特定類型的樹脂。發(fā)現(xiàn)例如 通過壓痕深度控制的破壞圖案的密度與制造過程中觀察到的對試件鉆孔所產(chǎn)生的破壞程 度相關(guān)。在圖6A中，示出了已知具有良好機(jī)加工性能并已知能進(jìn)行鉆孔的層壓板的測試 試件。圖6B示出了圖6A所示相同試件在所述試件以本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)行測試之后的情況。圖6B示出了試件上出現(xiàn)了呈白色十字形特征的一定量的永久變形，但是永久變形的量還 沒有大到將所述試件劃分為不可進(jìn)行鉆孔的類別。在圖7A中示出了機(jī)加工性能未知的層 壓板的測試試件，在所述試件進(jìn)行測試之前。圖7B示出了圖7A所示相同試件在所述試件以 本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)行測試之后的情況。圖7B示出了試件發(fā)生顯著大量的永久變形，這種永久 變形量將所述試件劃分為不可進(jìn)行鉆孔的類別。還存在本發(fā)明設(shè)備的其他變體，包括例如， 試件接收組件的杯形裝置的尺寸可以設(shè)計(jì)成容納更大、更小、更薄或更厚的試件，并且沖壓 桿組件為一定尺寸的適當(dāng)材料并具有沖壓不同材料的載荷，而且可以是對其壓痕屬性感興 趣的任何材料。這些變體是本領(lǐng)域的常識。任選，沖壓桿組件可以包括至少一個(gè)載荷測量 設(shè)備、至少一個(gè)深度計(jì)量設(shè)備或者它們的組合。載荷測量設(shè)備記錄施加在桿組件上的法向 力。測量設(shè)備任選并優(yōu)選連接到優(yōu)選高速自動(dòng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，一個(gè)物理部件可以用于兩個(gè)或更多個(gè)例示部件的功能。例如， 螺紋桿31、適配器32和軸環(huán)33可以是用于連接到傳遞裝置(軸42)并向試件50輸送沖壓 載荷的功能的一件式部件。向軸42提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的促動(dòng)裝置任選為一系列部件，例如一些列齒輪、滑輪、軸 或它們的組合可以用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到軸42，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到桿組件30并垂直于試 件50。試件接收組件20在大多數(shù)情況下多于一個(gè)部件件，一個(gè)或多個(gè)部件用于支撐，一個(gè) 或多個(gè)部件用于夾持，一個(gè)或多個(gè)部件用于垂直抵靠桿組件30而移動(dòng)所述試件。類似地， 兩個(gè)或更多個(gè)物理部件可以組合用于附圖中由一個(gè)部件例述的目的。例如，試件接收組件 和沖壓桿組件可以是一系列設(shè)備部件，用于從運(yùn)動(dòng)源向沖壓裝置傳遞運(yùn)動(dòng)的最終功能。類 似地，并不是必須讓一個(gè)運(yùn)動(dòng)沿著精確或恰好直角(90度)，根據(jù)需要，也可以使用其他角 度，只要沖壓桿組件充分接觸試件，從而提供有用的壓痕，而不會將試件撕裂太大以致減損 測量的意義。所述部件以不同方式布置，也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，試件接收組件和沖 壓桿組件在附圖中示出為平行于基座，且桿組件的旋轉(zhuǎn)處于共用旋轉(zhuǎn)軸線的某些位置。任 選地，所述部件可以處于垂直于基座、地板或工作臺的鉛直位置。以下示例例述但并不限制本發(fā)明。所有的部件和百分比基于重量，除非另行指明。示例 12英寸(5. 08cm)乘2英寸(5. 08cm)方形且1/4英寸(6. 35mm)厚的以環(huán)氧樹脂 產(chǎn)品D. E. R. *592_A80(The Dow Chemical Company的商標(biāo))制成并利用雙氰胺固結(jié)且利用 2-甲基咪唑催化的多層層壓板試件，根據(jù)以下測試方法在本發(fā)明的設(shè)備中測試測試樣本 置于本發(fā)明的設(shè)備中，并且將所述設(shè)備的開關(guān)保持在“通電”位置，直到指示銷轉(zhuǎn)2圈。圖 6A是在試件承受來自本發(fā)明的設(shè)備的桿構(gòu)件的壓力載荷之前，不存在任何變形的層壓板試 件的照片。圖6B是圖6A所示層壓板試件承受來自本發(fā)明的設(shè)備的桿構(gòu)件的壓力載荷之后 的照片。如圖6B所示，在試件中部出現(xiàn)了形狀為“X”的均勻永久變形。這種變形的尺寸與 樣本可以鉆孔的事實(shí)關(guān)聯(lián)。試件變形相對較小，表示所述試件的鉆孔性能可以接受。示例 22英寸(5. 08cm)乘2英寸(5. 08cm)方形且1/4英寸(6. 35mm)厚的以環(huán)氧樹脂產(chǎn) 品 XU19074. 00 制成、利用 XZ92535. 00 固結(jié)(The Dow ChemicalCompany 的兩種商用樹脂) 和利用2-甲基咪唑催化的多層層壓板試件根據(jù)示例1中描述的相同過程在本發(fā)明的設(shè)備 中進(jìn)行測試。
11
圖7A是在所述試件承受來自本發(fā)明的設(shè)備的桿構(gòu)件的壓力載荷之前，不存在任 何變形的層壓板試件的顯微照片。圖7B是圖7A所示層壓板試件在承受來自本發(fā)明的設(shè)備 的桿構(gòu)件的壓力載荷之后的顯微照片。如圖7B所示，存在形狀為“X”的不均勻永久變形， 并且隨機(jī)破壞延伸地超過試件中部。這種尺寸的變形與所述試件不能鉆孔的事實(shí)關(guān)聯(lián)。試 件變形程度較大，表示所述試件的鉆孔性能不可接受。雖然參照特定實(shí)施方式描述并例示了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本 發(fā)明容易進(jìn)行變形，這些變形不必在文中示出。例如，如前所述，所述設(shè)備可以布置成讓試 件50水平設(shè)置并平行于基座10的表面10a，并且壓痕裝置布置成使得壓痕壓力鉛直施加并 垂直于試件50的平面。因此，為了確定本發(fā)明的真實(shí)范圍，應(yīng)該僅考慮附帶的權(quán)利要求書 的內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種用來測試層壓板試件的機(jī)加工性能和/或鉆孔性能的設(shè)備，包括(a)層壓板試件接收組件，所述層壓板試件接收組件能提供處于設(shè)置位置的試件，用于測試；和(b)用于讓所述層壓板試件至少一個(gè)表面上形成壓痕的壓痕裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述層壓板試件鉛直設(shè)置在所述試件接收 組件內(nèi)，并垂直設(shè)置到所述壓痕裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述層壓板試件接收組件包括具有口部的 杯形構(gòu)件，并且所述層壓板試件鉛直對準(zhǔn)地定位在所述杯形構(gòu)件的所述口部的平面上。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓痕裝置包括桿構(gòu)件和桿促動(dòng)裝置，所述桿促動(dòng)裝置用于相對于所述試件的表面 的鉛直平面沿著垂直方向向所述試件促動(dòng)所述桿裝置并促動(dòng)所述桿裝置離開所述試件，所 述桿構(gòu)件能抵靠所述層壓板試件垂直于所述試件的所述鉛直平面提供載荷，以使所述試件 發(fā)生變形。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述層壓板試件接收組件和所述壓痕裝置安裝到基座構(gòu)件，以使所述設(shè)備可以制作成 便攜式設(shè)備。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述桿構(gòu)件具有遠(yuǎn)端和近端，其中所述遠(yuǎn)端 壓靠所述試件，而所述近端附連到所述桿促動(dòng)裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述杯形構(gòu)件為柱狀，并且具有與圓形基座 成整體的柱狀壁，以形成形狀為圓形的開放杯形口部。
8.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓痕裝置包括U形支架構(gòu)件和U形通 道構(gòu)件，并且所述桿構(gòu)件是螺紋桿構(gòu)件并穿過U形支架構(gòu)件的一條臂上的螺紋孔而螺紋連 接，所述U形支架構(gòu)件滑動(dòng)地安裝到所述U形通道構(gòu)件。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，壓靠所述試件的所述桿構(gòu)件的所述遠(yuǎn)端為半球形。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述杯形構(gòu)件的所述圓形口部的直徑從大 約1英寸(2. 54cm)到大約1. 5英寸(3. 81cm)。
11.一種測試膜片或?qū)訅喊逶嚰臋C(jī)加工性能和/或鉆孔性能的過程，包括步驟(a)提供層壓板試件接收組件，所述層壓板試件接收組件能提供處于設(shè)置位置的層壓 板試件，用于測試；(b)提供具有沖壓桿組件的壓痕裝置，用于在所述層壓板試件的至少一個(gè)表面上形成 壓痕；(c)提供處于所述層壓板試件接收組件內(nèi)的試件；(d)利用所述沖壓桿組件接觸所述試件，以使壓痕形成在所述試件中；和(e)評估所述試件上的所述壓痕，以確定對所述試件實(shí)施壓痕的影響。
12.如權(quán)利要求11所述的過程，其特征在于，在所述試件上產(chǎn)生的壓痕能再現(xiàn)，并且所述壓痕的尺寸足以利用視覺觀察裝置進(jìn)行分析。
13.如權(quán)利要求11所述的過程，其特征在于，所述試件上的壓痕與同類試件的鉆孔性能特性相關(guān)。
14. 一種評估膜片或?qū)訅喊逶嚰臋C(jī)加工性能的方法，包括步驟(a)將膜片或?qū)訅喊鍦y試試件附連到試件接收裝置，以提供處于設(shè)置位置的所述試件， 以便利用壓痕裝置進(jìn)行沖壓；(b)利用所述壓痕裝置沖壓所述試件，從而在所述試件上形成壓痕，所述壓痕裝置基本 上垂直于所述試件的平面移動(dòng)，所述壓痕進(jìn)入所述試件足夠的距離，以使所述壓痕裝置提 供足夠的壓痕但不會完全沖穿所述試件的厚度；和(c)在沖壓所述測試試件之前和之后，通過比較所述測試試件上的所述壓痕與標(biāo)準(zhǔn)試 件，從而視覺測量所述壓痕。
全文摘要
一種通過可再現(xiàn)的壓痕以及對由此產(chǎn)生的層壓板試件的脫層區(qū)域的分析來評估環(huán)氧樹脂層壓板的機(jī)加工性能特別是鉆孔性能的設(shè)備和方法。
文檔編號G01N3/42GK101965507SQ200880127941
公開日2011年2月2日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者盧多維克·瓦利特, 哈梅德·萊克魯特, 尼克希爾·弗吉斯, 斯蒂芬妮·安德森 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)公司