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：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-06-19

汽車的密封系統(tǒng)是汽車門窗設(shè)計開發(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，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行了進一步研究，并對底涂活性劑和等離子表面處理作為該缺陷的應(yīng)對措施進行了工藝探討和有效性驗證，以期獲得更好的解決方案。
應(yīng)對措施及效果驗證

表面活性劑預(yù)處理
使用異丙醇對清漆板進行清潔后，采用表面活性劑進行預(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：當以噴槍距離12mm、處理速度150mm/s（D12V150）時，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)增加而進一步增加。保持噴槍距離8mm不變，繼續(xù)降低處理速度，當速度由110mm/s降低至90mm/s時（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（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。這說明繼續(xù)增加等離子能量密度會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中的破壞模式如表1所示。

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

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中均出現(xiàn)內(nèi)聚破壞，說明高溫下界面的粘接強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

總裝工藝性驗證

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

不同表面處理方式的試驗門板

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后，殘膠率表現(xiàn)出明顯的波動性，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行漆面處理時，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)拍時間內(nèi)，在對整扇車門的大面積復(fù)雜曲面進行處理，涂覆的均勻性和穩(wěn)定性會顯著低于實驗室試片的處理，從而造成粘接效果的波動。而等離子表面處理作為一種自動化參數(shù)定量的表面處理工藝，在實際生產(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清漆面的剝離強度均大幅衰減并出現(xiàn)界面粘接失效，隨熱存放時間延長，粘接強度又會逐漸回升，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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