等离子表面处理车门门板提高丙烯酸泡棉胶带的漆面粘接效果

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-06-19

汽车的密封系统是汽车门窗设计开发的重要组成部分，密封系统影响整车的密封性能及门窗开启关闭的轻便性。胶粘剂在整个密封系统中扮演着重要角色，在许多情况下被用于密封条与车身的直接安装固定和密封。

在所有类型的车用双面胶带中，丙烯酸泡棉胶带是使用最为广泛的一类，由于其丙烯酸泡棉层和胶层的厚度可设计范围相对较宽，可根据匹配要求满足各种不同场合的粘接需求。采用丙烯酸泡棉胶带替代卡接式的固定结构，为密封条零件带来了更好的安装可调整性、车身随型性和密封性。

同时，由于胶带在粘接后需要随密封条承受复杂的应力和环境温度载荷，随之产生的脱胶缺陷成了这类零件区别于卡接结构密封条的特有问题。之前的研究表明，高温环境会造成泡棉胶带密封条在车身油漆表面的粘接力衰减，从而导致夏季密封条脱胶率激增。

为应对该问题，本研究针对丙烯酸泡棉胶带的粘接热衰减特性的影响因素进行了进一步研究，并对底涂活性剂和等离子表面处理作为该缺陷的应对措施进行了工艺探讨和有效性验证，以期获得更好的解决方案。
应对措施及效果验证

表面活性剂预处理
使用异丙醇对清漆板进行清洁后，采用表面活性剂进行预处理。表面活性剂的主要激活成分为钛酸四丁酯，属酞酸酯类偶联剂，能在2K清漆和胶带压敏胶层间形成比分子间作用力更为稳定的“架桥”化学键合。

等离子表面处理
采用等离子表面处理工艺对清漆板进行表面处理。输入功率为500W、喷枪与漆面距离为8~12mm、处理速度为70~150mm/s的条件下，等离子工艺参数对表面能的影响如图1所示。

由图1可知：当以喷枪距离12mm、处理速度150mm/s（D12V150）时，漆面的表面能由处理前的42.63mN/m提高至62.80mN/m，其中色散部分由处理前的38.68mN/m提升至39.86mN/m，而极性部分由3.95mN/m提高至22.94mN/m。由此可见，等离子表面处理可大幅提高漆面的表面能，且表面能的提高主要由极性部分表面能的提高所致。保持喷枪距离12mm不变，处理速度由150mm/s降低至110mm/s（D12V110）后，由于等离子能量密度的增加，漆面的表面能进一步提高。类似地，保持处理速度110mm/s不变，将喷枪距离由12mm调整为8mm后（D8V110），漆面的表面能随等离子能量密度的继续增加而进一步增加。保持喷枪距离8mm不变，继续降低处理速度，当速度由110mm/s降低至90mm/s时（D8V90），表面能由67.00继续提高至69.92。然而继续降低处理速度至70mm/s时（D8V70），虽然表面能色散部分有所增加，但极性部分反而由28.33mN/m降低至25.83mN/m，导致总表面能出现了下降拐点。这说明继续增加等离子能量密度会过度破坏漆面分子链段，无法继续提高表面能，因此选择D8V90作为等离子表面处理的优选工艺方案。

图1 等离子处理工艺参数对表面能的影响

效果验证

表面处理对高温粘接的影响如图2所示。

图2 表面处理对高温粘接的影响

由图2可知：采用表面活性剂和等离子表面处理后，泡棉胶带在2K清漆表面的高温剥离强度有了大幅提升。

不同表面处理工艺的2K漆板在高温剥离试验中的破坏模式如表1所示。

表一 65 ℃ 不同停留时间下不同表面处理工艺的 2K 漆板在高温剥离试验中的破坏模式

由表1可知：采用表面活性剂和等离子表面处理后，胶带在高温剥离试验中均出现内聚破坏，说明高温下界面的粘接强度始终大于胶带的泡棉内聚力。由此说明两种表面处理方式均可以有效改善泡棉胶带在2K清漆表面的粘接热衰减问题

总装工艺性验证

不同表面处理方式的试验门板如图3所示。其中车门A仅进行清洁处理；车门B清洁后采用表面活性剂进行表面处理；车门C清洁后采用等离子表面处理，之后进行高温粘接性能测试。

不同表面处理方式的试验门板

测试结束后，测量出密封条沿车门粘接轨迹的残胶面积，并计算出各区域的残胶率（残胶面积/粘接面积），结果如图4和表2所示。

由图4可知：在密封条-门板高温粘接性能测试后，未作表面处理的车门A在各区域均为界面脱胶，漆面无残胶；而经表面活性剂和等离子表面处理后，车门与泡棉胶带的粘接热衰减得到明显改善，在试验后各区域均有残胶。但等离子处理后的车门在各区域的残胶率均高于表面活性剂处理后的，表现出更高的工艺稳定性。

表 2 车门经不同表面处理后各位置高温剥离后的残胶率

由表2可知：经表面活性剂处理后的门板在高温剥离试验后，残胶率表现出明显的波动性，其中车门顶部位置的残胶率最低（42%），而底部位置残胶率可达100%。这是由于活性剂分子间内聚力较低，需尽量控制活性剂在漆面涂覆后形成单分子层，涂覆量过少或过多均可能导致脱胶；而在使用表面活性剂进行漆面处理时，依赖于人工手涂的方式控制处理的轨迹和涂覆厚度，因此要在限定节拍时间内，在对整扇车门的大面积复杂曲面进行处理，涂覆的均匀性和稳定性会显著低于实验室试片的处理，从而造成粘接效果的波动。而等离子表面处理作为一种自动化参数定量的表面处理工艺，在实际生产线作业中体现出更可靠的质量稳定性，在车门各区域的残胶率均能达到90%以上。

高温下丙烯酸泡棉胶带在不同2K清漆面的剥离强度均大幅衰减并出现界面粘接失效，随热存放时间延长，粘接强度又会逐渐回升，并恢复内聚撕裂，因此在特定受力条件下，零件在短时高温条件下存在脱胶隐患。
丙烯酸泡棉胶带在2K清漆表面的粘接热衰减与界面浸润不足有关，延长浸润时间可以一定程度改善其粘接热衰减特性，但改善并不明显。使用表面活性剂和等离子表面处理工艺均能有效改善胶带在2K清漆面的粘接热衰减特性，避免高温环境中发生界面粘接失效。

等离子表面处理工艺在实际生产线作业中体现出比表面活性剂处理更可靠的质量稳定性。与表面活性剂相比，等离子表面处理工艺由于避免了溶剂类化学品的使用，可降低车间的VOCs排放，更加绿色环保，因此是更为优选的粘接预处理工艺方式。