丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠在筆記本電腦外殼組裝中熱壓參數(shù)的確定

杜美娜,聶琦思,黃海江

（北京天山新材料技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100041）

丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠在筆記本電腦外殼組裝中熱壓參數(shù)的確定

杜美娜,聶琦思,黃海江

（北京天山新材料技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100041）

丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠是一類傳統(tǒng)的膠黏劑產(chǎn)品，在筆記本電腦制造行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，由于其熱壓工藝參數(shù)的差異對(duì)最終粘接部件的粘接強(qiáng)度和老化性能影響非常大，因此針對(duì)其應(yīng)用的關(guān)鍵熱壓工藝進(jìn)行了詳細(xì)說明，討論了熱壓溫度、熱壓時(shí)間、間隙、粘接基材、混合效果等對(duì)熱壓工藝的影響，并確定了舉列產(chǎn)品TS823-i具體的熱壓參數(shù)。

筆記本電腦；丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠；熱壓；工藝參數(shù)

引言

自2004年，臺(tái)灣筆記本生產(chǎn)業(yè)務(wù)全線內(nèi)遷，筆記本電腦的生產(chǎn)業(yè)務(wù)已陸續(xù)遷至內(nèi)地長三角、重慶等地，其中前十大代工廠廣達(dá)、仁寶、緯創(chuàng)、英業(yè)達(dá)、華碩、志和、大眾、華宇、神基和致勝中絕大部分已在內(nèi)地設(shè)廠，競爭非常激烈[1～4]。

筆記本電腦制造行業(yè)是丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，這個(gè)行業(yè)對(duì)丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品的粘接性能、工藝性能、老化性能以及產(chǎn)品的品質(zhì)要求非常高[5～8]。同時(shí)由于筆記本電腦制造行業(yè)巨大的市場潛力也吸引了大批國內(nèi)外膠黏劑廠商進(jìn)入這一領(lǐng)域。天山公司包括子公司海斯迪克是國內(nèi)為數(shù)不多的成功進(jìn)入該行業(yè)的膠黏劑廠家之一，所生產(chǎn)的丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠在筆記本電腦的制造行業(yè)有大量的應(yīng)用，也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

文中重點(diǎn)討論了TS 823-i筆記本電腦結(jié)構(gòu)粘接劑的熱壓參數(shù)的確定，通過確定熱壓參數(shù)，思考我們?cè)谀z黏劑的使用過程中，應(yīng)該如何較為全面的考察和確定膠水的應(yīng)用工藝參數(shù)，提高工業(yè)裝配的效率和質(zhì)量。

1 熱壓溫度的影響

筆記本電腦組裝用結(jié)構(gòu)膠多為雙組分丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品，室溫快速固化，加熱固化速度更快，AB混合后會(huì)迅速發(fā)生自由基聚合，從而實(shí)現(xiàn)部件的結(jié)構(gòu)粘接。由于自由基固化的特點(diǎn)，其固化反應(yīng)速度受溫度影響很大，溫度越高，反應(yīng)速度越快。

筆記本電腦外殼粘接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測試主要有兩種：拉拔力和盤刀推力，通常要求拉拔力≥25kgf，盤刀推力≥10kgf。其中盤刀推力測試受力方式主要是劈裂力，相對(duì)要求更為苛刻，所以在確定熱壓參數(shù)時(shí)，我們主要考察盤刀推力。

測試的樣件規(guī)格如下：

圖1 盤刀推力測試用PC/ABS件Fig.1 The PC/ABS used for the push test

如圖1所示，PC/ABS復(fù)合材料的規(guī)格為1.8× 150×150mm，為了方便測試，將其裁剪為平整的1.8× 8×10mm的小塊，用于測試。

陽極化鋁片的規(guī)格為0.8×70×110mm，如圖2所示。

圖2 盤刀推力測試用陽極鋁金屬件Fig.2 The anodic oxidized Al used for the push test

粘接基材的種類和厚度對(duì)熱壓參數(shù)影響很大，從而影響到盤刀推力的測試結(jié)果，我們?cè)谡麄€(gè)測試過程中，為了平行對(duì)比，都使用相同規(guī)格的樣件。

制樣和測試過程如下：

圖3 熱壓過程示意圖Fig.3 The schematic diagrams of heat-setting process

在熱壓過程中，壓和壓力0.4MPa、熱壓時(shí)間60s、所用針頭內(nèi)徑0.8mm、熱壓后靜置15s再進(jìn)行測試。

分別考察了TS823-i與競品在60℃、70℃、75℃、80℃時(shí)的盤刀推力，結(jié)果如下：

圖4 TS823-i與競品在不同熱壓溫度下的推力（不控制膠層厚度）Fig.4 The push strength of TS823-i and competitive product at different heat-setting temperatures（no control of space）

圖5 TS823-i與競品在不同熱壓溫度下的推力（膠層厚度100μm）Fig.5 The push strength of TS823-i and competitive product at different heat-setting temperatures（the space is 100μm）

圖6 TS823-i與競品在不同熱壓溫度下的推力（膠層厚度200μm）Fig.6 The push strength of TS823-i and competitive product at different heat-setting temperatures（the space is 200μm）

圖7 TS823-i與競品在不同熱壓溫度下的推力（膠層厚度300μm）Fig.7 The push strength of TS823-i and competitive product at different heat-setting temperatures（the space is 300μm）

從上面的一組圖可以看出，在相同的熱壓時(shí)間等參數(shù)下，不論膠層厚度是多少，隨著熱壓溫度的升高，推力值并不是一直增大，而是先增大后減小。在不控制膠層厚度、熱壓時(shí)間為60s，當(dāng)熱壓溫度為60℃時(shí)，由于膠水未完全固化，TS823-i推力值為11.1kgf，競品為6.2kgf，都不太大；隨著熱壓溫度的提高，膠水固化程度逐漸增高，推力值增大；但是當(dāng)熱壓溫度超過80℃以上時(shí)，由于膠水凝膠太快，導(dǎo)致膠水與被粘基材浸潤時(shí)間不夠，所以推力值反而降低。綜上所述，在熱壓時(shí)間為60s時(shí)，熱壓溫度位于70～80℃之間比較好，即保證膠水充分固化，又保證膠水與被粘基材有良好的浸潤。

2 間隙的影響

在生產(chǎn)制造過程中，粘接面之間的間隙大小是一個(gè)很重要的工藝參數(shù)。從圖4～7可以看出，膠層厚度對(duì)推力的影響也很大，當(dāng)粘接間隙為300μ m時(shí)，盤刀推力值顯著降低。

為了更加清晰的對(duì)比考察粘接間隙對(duì)推力的影響，考察了熱壓溫度為75℃時(shí)，不同膠層厚度的盤刀推力。在熱壓固化過程中，使用塞尺控制膠層厚度，分別考察無塞尺（即不控制膠層厚度、直接壓合），粘接間隙為100μ m、200μ m、300μ m時(shí)盤刀推力的小大，結(jié)果如下：

圖8 不同膠層厚度時(shí)的推力Fig.8 The push strength for TS823-i and competitive product at different spaces

從圖8可以看出，盤刀推力值的大小與膠層厚度關(guān)系密切，對(duì)于TS823-i而言，膠層厚度越大，推力越小，而對(duì)于競品而言，不控制膠層厚度和膠層厚度為100μ m時(shí)兩者相差不大，甚至后者推力還略大一些，這與競品含有控制厚度的微球有關(guān)，當(dāng)膠層厚度大于100μ m時(shí)，推力值隨著膠層厚度的增大而減少，趨勢與TS823-i相近。所以在熱壓時(shí)建議間隙不宜過大，推薦間隙＜200μ m。

3 其它條件

3.1 熱壓時(shí)間

除了熱壓溫度、熱壓間隙的影響，熱壓時(shí)間對(duì)粘接效果影響也很大，考慮到“時(shí)溫等效”，要實(shí)現(xiàn)理想的熱壓效果，提高熱壓溫度可適當(dāng)縮短熱壓時(shí)間、降低熱壓溫度可適當(dāng)延長熱壓時(shí)間，所以熱壓時(shí)間不再單獨(dú)分析，參考上節(jié)的熱壓溫度的討論。

但是有一點(diǎn)值得注意，在調(diào)整熱壓參數(shù)時(shí)，首選推薦調(diào)整熱壓溫度，避免影響生產(chǎn)效率，如果熱壓溫度已經(jīng)很高了，此時(shí)不宜繼續(xù)調(diào)高熱壓溫度，可以適當(dāng)延長熱壓時(shí)間，以免影響粘接效果。

3.2 基材

粘接基材的種類，比如不同顏色和規(guī)格的PC/ABS對(duì)粘接基材影響較大；同時(shí)陽極化鋁和PC/ABS的厚度對(duì)熱壓工藝參數(shù)也有很大影響，基材越薄，尤其是陽極化鋁，傳熱會(huì)顯著加快，所以當(dāng)基材的厚度和規(guī)格發(fā)生變化時(shí)，熱壓參數(shù)需要適當(dāng)調(diào)整，參數(shù)的調(diào)整最好通過CPK值的測試來確定。

同時(shí)粘接部位的形狀對(duì)熱壓參數(shù)也有一定的影響，對(duì)于一些弧形或者仰角的粘接部位，由于模具的匹配精度的差異、金屬和塑料的膨脹系數(shù)不一樣以及傳熱的影響，往往需要調(diào)整熱壓參數(shù)，通常需要稍微延長熱壓時(shí)間或者提高熱壓溫度。

3.3 混合效果

在筆記本電腦制造行業(yè)，施膠多為間歇性氣動(dòng)施膠，而且多數(shù)還需根據(jù)需求配合不同內(nèi)徑的針頭來控制膠線的粗細(xì)，所以膠水的混合效果對(duì)最終產(chǎn)品的粘接性能和老化性能影響特別大，在配方設(shè)計(jì)時(shí)，AB兩個(gè)組分的黏度匹配需要仔細(xì)驗(yàn)證，以確保產(chǎn)品在廣泛的施膠氣壓范圍內(nèi)有良好的混合性能。

3.4 點(diǎn)膠和熱壓間隙

點(diǎn)膠和熱壓間隙對(duì)熱壓參數(shù)的設(shè)定以及粘接效果也有影響，適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔有利于節(jié)省用膠量、縮短施膠時(shí)間；在點(diǎn)膠過程中應(yīng)保證停頓時(shí)間在2min以內(nèi)（環(huán)境溫度不同，停頓時(shí)間有差異），也可設(shè)定程序，每停頓1min就自動(dòng)打出少量膠水，確保混合管在點(diǎn)膠停頓期間不發(fā)生固化堵塞現(xiàn)象。同時(shí)點(diǎn)完膠的試件盡量在2min內(nèi)完成熱壓操作，否則可能影響粘接性能。

4 小 結(jié)

綜上所述，我們?cè)谑褂靡?guī)定的粘接基材（金屬件厚度0.8mm、塑料件厚度1.8mm）時(shí)有一個(gè)推薦的熱壓參數(shù)，當(dāng)配套針頭內(nèi)徑為0.8mm、壓和壓力為0.4MPa、手動(dòng)打膠時(shí)，實(shí)際熱壓溫度70～80℃、熱壓時(shí)間60～75s、間隙＜200μ m。

在筆記本制造行業(yè)，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用過程中，熱壓工藝參數(shù)對(duì)粘接性能和老化性能影響非常大，需要仔細(xì)驗(yàn)證，當(dāng)粘接基材、筆記本電腦的機(jī)型、甚至環(huán)境溫度等發(fā)生變化時(shí)，均需要重新調(diào)整熱壓參數(shù)，以避免不良率升高。當(dāng)需要確定一個(gè)新機(jī)型的熱壓參數(shù)時(shí)，建議通過測試CPK值來確定最佳的熱壓參數(shù)。盡量避免直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用一套參數(shù)，小批量測試通過即大量應(yīng)用，避免量產(chǎn)之后產(chǎn)品的不良率偏高。

通過考察丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠在筆記本電腦制造領(lǐng)域熱壓工藝參數(shù)，更加直觀和清晰的認(rèn)識(shí)到膠黏劑產(chǎn)品的應(yīng)用工藝影響之大，警示我們?cè)诋a(chǎn)品的研發(fā)和推廣中，需要全面和深入的研究膠黏劑產(chǎn)品的應(yīng)用工藝。

［1］ 劉仁龍．筆記本電腦產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究［J］．產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，2014:86～91．

［2］ 史秋實(shí)．臺(tái)灣筆記本生產(chǎn)線內(nèi)遷喜憂參半［N］．中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)，2014．

［3］ 于珊,李旭豐,閻桂蘭．臺(tái)灣電腦產(chǎn)業(yè)如何轉(zhuǎn)型［J］．深度報(bào)道，2013（2）:43～48．

［4］ 于明超,劉志彪,江靜．外來資本主導(dǎo)代工生產(chǎn)模式下當(dāng)?shù)仄髽I(yè)升級(jí)困境與突破—以中國臺(tái)灣筆記本電腦內(nèi)地封閉式生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)為例［J］．中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)，2006（11）:108～116．

［5］ 邊彬輝,尹高喜,張賽軍,等．碳纖維復(fù)合材料在筆記本電腦外殼上的應(yīng)用［J］．模具工業(yè)，2011,37（1）:68～72．

［6］ 群達(dá)塑膠電子（深圳）有線公司．一種碳纖維筆記本電腦外殼及其制造方法及其制造設(shè)備:CN,201110022950［P］．2012－07－25．

［7］ 杜美娜,李印柏,翟海潮,等．一種熱固型丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠及制備方法:CN,201010117946［P］．2012－04－11．

［8］ 杜美娜,王兵,林新松,等．雙組份丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠及其制備方法: CN,201110167020［P］．2012－04－11．

Determination of the Heat-setting Parameters of Acrylic Structural Adhesive in the Manufacturing of Laptop

DU Mei-na,NIE Qi-si and HUANG Hai-jiang
（Beijing Tonsan Adhesive Co.,Ltd.,Beijing,100041,China）

Acrylic structural adhesive is a kind of traditional adhesive,which has been wide-used in the manufacturing of laptop.Because of the large effect of the different heat-setting parameters on the bond strength and aging properties of the eventually bonded parts,the heat-setting technique was presented in detail,which was the key to the application.The effects of different parameters on the heat-setting technique were discussed, including heat-setting temperature,heating-setting time,space between the substrates,mixture property and so on.At last,the heat-setting parameters for TS 823-i were determined.

Laptop;acrylic structural adhesive;heat-setting;parameters

TQ436.2

B

1001-0017（2015）02-0155-04

2014-12-16

杜美娜（1981-），女，山西人，博士，高級(jí)工程師，從事丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠黏劑的研究和開發(fā)工作。