等離子表面處理車門門板提高丙烯酸泡棉膠帶的漆面粘接效果

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2023-06-19

汽車的密封系統(tǒng)是汽車門窗設(shè)計(jì)開發(fā)的重要組成部分，密封系統(tǒng)影響整車的密封性能及門窗開啟關(guān)閉的輕便性。膠粘劑在整個(gè)密封系統(tǒng)中扮演著重要角色，在許多情況下被用于密封條與車身的直接安裝固定和密封。

在所有類型的車用雙面膠帶中，丙烯酸泡棉膠帶是使用最為廣泛的一類，由于其丙烯酸泡棉層和膠層的厚度可設(shè)計(jì)范圍相對較寬，可根據(jù)匹配要求滿足各種不同場合的粘接需求。采用丙烯酸泡棉膠帶替代卡接式的固定結(jié)構(gòu)，為密封條零件帶來了更好的安裝可調(diào)整性、車身隨型性和密封性。

同時(shí)，由于膠帶在粘接后需要隨密封條承受復(fù)雜的應(yīng)力和環(huán)境溫度載荷，隨之產(chǎn)生的脫膠缺陷成了這類零件區(qū)別于卡接結(jié)構(gòu)密封條的特有問題。之前的研究表明，高溫環(huán)境會(huì)造成泡棉膠帶密封條在車身油漆表面的粘接力衰減，從而導(dǎo)致夏季密封條脫膠率激增。

為應(yīng)對該問題，本研究針對丙烯酸泡棉膠帶的粘接熱衰減特性的影響因素進(jìn)行了進(jìn)一步研究，并對底涂活性劑和等離子表面處理作為該缺陷的應(yīng)對措施進(jìn)行了工藝探討和有效性驗(yàn)證，以期獲得更好的解決方案。
應(yīng)對措施及效果驗(yàn)證

表面活性劑預(yù)處理
使用異丙醇對清漆板進(jìn)行清潔后，采用表面活性劑進(jìn)行預(yù)處理。表面活性劑的主要激活成分為鈦酸四丁酯，屬酞酸酯類偶聯(lián)劑，能在2K清漆和膠帶壓敏膠層間形成比分子間作用力更為穩(wěn)定的“架橋”化學(xué)鍵合。

等離子表面處理
采用等離子表面處理工藝對清漆板進(jìn)行表面處理。輸入功率為500W、噴槍與漆面距離為8~12mm、處理速度為70~150mm/s的條件下，等離子工藝參數(shù)對表面能的影響如圖1所示。

由圖1可知：當(dāng)以噴槍距離12mm、處理速度150mm/s（D12V150）時(shí)，漆面的表面能由處理前的42.63mN/m提高至62.80mN/m，其中色散部分由處理前的38.68mN/m提升至39.86mN/m，而極性部分由3.95mN/m提高至22.94mN/m。由此可見，等離子表面處理可大幅提高漆面的表面能，且表面能的提高主要由極性部分表面能的提高所致。保持噴槍距離12mm不變，處理速度由150mm/s降低至110mm/s（D12V110）后，由于等離子能量密度的增加，漆面的表面能進(jìn)一步提高。類似地，保持處理速度110mm/s不變，將噴槍距離由12mm調(diào)整為8mm后（D8V110），漆面的表面能隨等離子能量密度的繼續(xù)增加而進(jìn)一步增加。保持噴槍距離8mm不變，繼續(xù)降低處理速度，當(dāng)速度由110mm/s降低至90mm/s時(shí)（D8V90），表面能由67.00繼續(xù)提高至69.92。然而繼續(xù)降低處理速度至70mm/s時(shí)（D8V70），雖然表面能色散部分有所增加，但極性部分反而由28.33mN/m降低至25.83mN/m，導(dǎo)致總表面能出現(xiàn)了下降拐點(diǎn)。這說明繼續(xù)增加等離子能量密度會(huì)過度破壞漆面分子鏈段，無法繼續(xù)提高表面能，因此選擇D8V90作為等離子表面處理的優(yōu)選工藝方案。

圖1 等離子處理工藝參數(shù)對表面能的影響

效果驗(yàn)證

表面處理對高溫粘接的影響如圖2所示。

圖2 表面處理對高溫粘接的影響

由圖2可知：采用表面活性劑和等離子表面處理后，泡棉膠帶在2K清漆表面的高溫剝離強(qiáng)度有了大幅提升。

不同表面處理工藝的2K漆板在高溫剝離試驗(yàn)中的破壞模式如表1所示。

表一 65 ℃ 不同停留時(shí)間下不同表面處理工藝的 2K 漆板在高溫剝離試驗(yàn)中的破壞模式

由表1可知：采用表面活性劑和等離子表面處理后，膠帶在高溫剝離試驗(yàn)中均出現(xiàn)內(nèi)聚破壞，說明高溫下界面的粘接強(qiáng)度始終大于膠帶的泡棉內(nèi)聚力。由此說明兩種表面處理方式均可以有效改善泡棉膠帶在2K清漆表面的粘接熱衰減問題

總裝工藝性驗(yàn)證

不同表面處理方式的試驗(yàn)門板如圖3所示。其中車門A僅進(jìn)行清潔處理；車門B清潔后采用表面活性劑進(jìn)行表面處理；車門C清潔后采用等離子表面處理，之后進(jìn)行高溫粘接性能測試。

不同表面處理方式的試驗(yàn)門板

測試結(jié)束后，測量出密封條沿車門粘接軌跡的殘膠面積，并計(jì)算出各區(qū)域的殘膠率（殘膠面積/粘接面積），結(jié)果如圖4和表2所示。

由圖4可知：在密封條-門板高溫粘接性能測試后，未作表面處理的車門A在各區(qū)域均為界面脫膠，漆面無殘膠；而經(jīng)表面活性劑和等離子表面處理后，車門與泡棉膠帶的粘接熱衰減得到明顯改善，在試驗(yàn)后各區(qū)域均有殘膠。但等離子處理后的車門在各區(qū)域的殘膠率均高于表面活性劑處理后的，表現(xiàn)出更高的工藝穩(wěn)定性。

表 2 車門經(jīng)不同表面處理后各位置高溫剝離后的殘膠率

由表2可知：經(jīng)表面活性劑處理后的門板在高溫剝離試驗(yàn)后，殘膠率表現(xiàn)出明顯的波動(dòng)性，其中車門頂部位置的殘膠率最低（42%），而底部位置殘膠率可達(dá)100%。這是由于活性劑分子間內(nèi)聚力較低，需盡量控制活性劑在漆面涂覆后形成單分子層，涂覆量過少或過多均可能導(dǎo)致脫膠；而在使用表面活性劑進(jìn)行漆面處理時(shí)，依賴于人工手涂的方式控制處理的軌跡和涂覆厚度，因此要在限定節(jié)拍時(shí)間內(nèi)，在對整扇車門的大面積復(fù)雜曲面進(jìn)行處理，涂覆的均勻性和穩(wěn)定性會(huì)顯著低于實(shí)驗(yàn)室試片的處理，從而造成粘接效果的波動(dòng)。而等離子表面處理作為一種自動(dòng)化參數(shù)定量的表面處理工藝，在實(shí)際生產(chǎn)線作業(yè)中體現(xiàn)出更可靠的質(zhì)量穩(wěn)定性，在車門各區(qū)域的殘膠率均能達(dá)到90%以上。

高溫下丙烯酸泡棉膠帶在不同2K清漆面的剝離強(qiáng)度均大幅衰減并出現(xiàn)界面粘接失效，隨熱存放時(shí)間延長，粘接強(qiáng)度又會(huì)逐漸回升，并恢復(fù)內(nèi)聚撕裂，因此在特定受力條件下，零件在短時(shí)高溫條件下存在脫膠隱患。
丙烯酸泡棉膠帶在2K清漆表面的粘接熱衰減與界面浸潤不足有關(guān)，延長浸潤時(shí)間可以一定程度改善其粘接熱衰減特性，但改善并不明顯。使用表面活性劑和等離子表面處理工藝均能有效改善膠帶在2K清漆面的粘接熱衰減特性，避免高溫環(huán)境中發(fā)生界面粘接失效。

等離子表面處理工藝在實(shí)際生產(chǎn)線作業(yè)中體現(xiàn)出比表面活性劑處理更可靠的質(zhì)量穩(wěn)定性。與表面活性劑相比，等離子表面處理工藝由于避免了溶劑類化學(xué)品的使用，可降低車間的VOCs排放，更加綠色環(huán)保，因此是更為優(yōu)選的粘接預(yù)處理工藝方式。

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