溫度對(duì)汽車外飾壓敏膠零件黏貼性能的影響研究

陸昕悅 馮一蛟

摘 要：研究了溫度對(duì)汽車外飾壓敏膠零件黏貼性能的影響。包括壓敏膠剝離實(shí)驗(yàn)、帶膠字牌的剝離實(shí)驗(yàn)和帶膠字牌的浸潤(rùn)率實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溫度對(duì)壓敏膠剝離力本身呈現(xiàn)線性關(guān)系，但影響粘接力較小;對(duì)產(chǎn)品層面，受產(chǎn)品形狀影響，溫度對(duì)帶膠產(chǎn)品的剝離力沒(méi)有明顯關(guān)系，對(duì)于浸潤(rùn)率影響更小。

關(guān)鍵詞：壓敏膠;剝離力實(shí)驗(yàn);浸潤(rùn)率實(shí)驗(yàn);汽車外飾件

中圖分類號(hào)：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）06-95-03

Abstract： The influence of temperature on the adhesion properties of automotive exterior pressure sensitive adhesives was studied. It includes pressure sensitive adhesive peel test， peel test with exterior part and wet-out test with exterior part. The experimental results show that temperature has a linear relationship with the peeling force of PSA， but it has little influence on the adhesive force. For the product level， the product shape does not significantly affect the peeling force of PSA， and the influence of temperature on the wettability is less. In the cold winter environment， the sticking performance can be guaranteed by keeping the actual installation environment temperature above 0 degree（℃） to room temperature range.

Keywords： Pressure sensitive adhesives; Peel test; Wet-out test; Exterior part

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）06-95-03

引言

在汽車生產(chǎn)制造中，存在很多安裝的外飾字牌和標(biāo)牌。由于外觀需求，字牌標(biāo)牌多會(huì)安裝在漆面鈑金上，此時(shí)的漆面鈑金往往不會(huì)有任何配合結(jié)構(gòu)。為了滿足裝配性，需要使用壓敏膠將零件和漆面鈑金粘貼在一起。壓敏膠本身和附加到零件后的性能實(shí)驗(yàn)都在室溫下測(cè)得，實(shí)際由于零件在安裝車間會(huì)經(jīng)歷環(huán)境溫度的波動(dòng)，特別是在冬季的施工溫度環(huán)境明顯低于室溫，施工環(huán)境溫度對(duì)壓敏膠和使用壓敏膠的零件的安裝是否影響，影響如何，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

選取市場(chǎng)銷售的某廠家汽車尾部字牌，背膠選取為3M 丙烯酸壓敏膠，厚度0.5mm。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備為恒溫實(shí)驗(yàn)室、電子拉力試驗(yàn)機(jī)、6.5KG滾輪、撬頭工裝、透明格子板、水性油漆筆。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

常溫試驗(yàn)：環(huán)境溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

低溫試驗(yàn)1：環(huán)境溫度（0±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

低溫試驗(yàn)2：環(huán)境溫度（5±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

低溫試驗(yàn)3：環(huán)境溫度（10±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

低溫試驗(yàn)4：環(huán)境溫度（16±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.3.1 壓敏膠剝離實(shí)驗(yàn)

在恒溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置溫度23℃±2℃，相對(duì)濕度50%±5%。首先將鋁箔黏貼在10*25mm的3M 丙烯酸壓敏膠上，并使用6.5KG重的滾輪滾壓。使用1：1的異丙醇溶液對(duì)油漆鈑金面進(jìn)行擦拭，并用無(wú)紡布擦干。撕除膠帶背紙，粘貼在擦干的油漆鈑金面上，使用6.5KG重的滾輪按之前相同方向進(jìn)行滾壓。樣品靜置2h后，固定在拉力試驗(yàn)機(jī)上，將拉力試驗(yàn)機(jī)的下夾頭插入膠帶和鈑金中間，上夾頭放在鋁箔上。夾頭夾緊后以300 mm/minute的速度將膠帶從頭至尾剝離鈑金，記錄平均的剝離力。相對(duì)濕度50% ±5%不變，在低溫環(huán)境（0±2）℃、（5±2）℃、（10±2）℃、（16±2）℃下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，并記錄結(jié)果。

1.3.2 帶膠字牌的剝離實(shí)驗(yàn)

在恒溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置溫度23℃±2℃，相對(duì)濕度50% ±5%。使用1：1的異丙醇溶液對(duì)油漆鈑金面進(jìn)行擦拭，并用無(wú)紡布擦干。選取幾個(gè)字牌中的字母和數(shù)字，如“2”、“3”、“5”、“I”、“O”、“T”、“N”、“X”。撕除字符膠帶背紙，粘貼在擦干的油漆鈑金面上，使用6.5KG重的滾輪進(jìn)行滾壓。樣品靜置2h后，固定在拉力試驗(yàn)機(jī)上。將圖1所示的撬頭工裝裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，將工裝尖頭部位插入字符最薄弱處和鈑金中間，并以300 mm/minute的速度向上將字符剝離鈑金，記錄最大的剝離力。相對(duì)濕度50% ±5%不變，在低溫環(huán)境（0±2）℃、（5±2）℃、（10±2）℃、（16±2）℃下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，并記錄結(jié)果。

1.3.3 帶膠字牌的浸潤(rùn)率實(shí)驗(yàn)

在恒溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置溫度23℃ ±2℃，相對(duì)濕度50% ±5%。使用1：1的異丙醇溶液對(duì)油漆鈑金面進(jìn)行擦拭，并用無(wú)紡布擦干。將水性漆筆涂滿整個(gè)鈑金面上，靜置1h晾干。選取上述實(shí)驗(yàn)中的字母和數(shù)字，撕除字符膠帶背紙，粘貼在擦干的油漆鈑金面上，使用6.5KG的滾輪進(jìn)行滾壓。樣品靜置2h后，將字符移除。使用透明格子板的小格子數(shù)來(lái)計(jì)算浸潤(rùn)率。浸潤(rùn)率（%）=實(shí)際字符背膠上黏貼到的顏色面積/背膠總面積*100%，顯然浸潤(rùn)率比例越高黏貼性越好。相對(duì)濕度50%±5%不變，在低溫環(huán)境（0±2）℃、（5±2）℃、（10±2）℃、（16±2）℃下重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，并記錄結(jié)果。

2 結(jié)果分析

2.1 壓敏膠剝離實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)得常溫（23℃）下剝離力為118N， 低溫（0℃）下剝離力為98N，總體隨著溫度的升高呈現(xiàn)一種線性趨勢(shì)。也就是溫度越低，膠帶本身的剝離力越小，黏貼性能相對(duì)越低。但隨著溫度的變化，剝離力的變化不大且都高于90N，整體線性關(guān)系的斜率較小，也就是溫度降低對(duì)壓敏膠本身的剝離力影響有限。

2.2 帶膠字牌的剝離實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生兩種剝離狀態(tài)，如表1，B代表膠與鈑金剝離，P代表字符與膠剝離。實(shí)驗(yàn)中有72%的情況是字符與膠脫離，這表明大部分字符自身和膠的黏貼力小于膠與鈑金油漆面的黏貼力，本身和溫度無(wú)關(guān)。

不同于膠本身，帶膠字牌的剝離力沒(méi)有呈現(xiàn)和膠一樣的線性趨勢(shì)，而且在不同字符之間也有明顯的差異。究其原因，和字符本身的形狀有一定關(guān)系。在帶膠字牌的剝離實(shí)驗(yàn)，剝離的受力點(diǎn)需要選取字符的最薄弱點(diǎn)。最薄弱點(diǎn)往往是字符的最末端，比如字符“I”，受力點(diǎn)就是I的兩個(gè)端頭，但是有些字符，比如“O”，并沒(méi)有明顯的末端，其字符首尾相連，受力后的剝離情況較字符“I”更困難，所以顯示的剝離力也就越大。

2.3 帶膠字牌的浸潤(rùn)率實(shí)驗(yàn)

浸潤(rùn)率（%）=實(shí)際字符背膠上黏貼到的顏色面積/背膠總面積*100%，顯然浸潤(rùn)率比例越高黏貼性越好。隨著溫度的變化，帶膠字牌的變化不明顯，也沒(méi)有很好的規(guī)律性和趨勢(shì)。從本質(zhì)上來(lái)講，浸潤(rùn)率是將鈑金上漆帶走的能力，當(dāng)膠的黏貼性能遠(yuǎn)大于需求，就會(huì)呈現(xiàn)大比例的浸潤(rùn)率比例。

3 總結(jié)

3M 壓敏膠帶主要組成部分包括基材、膠粘劑、離型紙。其中基材是以紙巾或聚酯等塑料為材料，膠粘劑分為上下兩層均勻涂布在上述基材上[1]。

其中，起粘接作用的一大類膠粘劑是丙烯酸類膠粘劑。相對(duì)于橡膠類膠粘劑，丙烯酸類膠粘劑擁有更好的粘接能力和粘接強(qiáng)度。溫度的升高會(huì)使得丙烯酸類膠粘劑的流動(dòng)性變好，壓敏膠變軟，分子間的內(nèi)聚力降低，粘接力提高。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，溫度對(duì)壓敏膠剝離力本身呈現(xiàn)線性關(guān)系，但影響粘接力較小;對(duì)產(chǎn)品層面，受產(chǎn)品形狀影響，溫度對(duì)帶膠產(chǎn)品的剝離力沒(méi)有明顯關(guān)系，對(duì)于浸潤(rùn)率影響更小。

在冬季天氣寒冷環(huán)境下，車間實(shí)際安裝環(huán)境溫度保持在0℃以上到室溫范圍都能保證黏貼性能。不會(huì)對(duì)粘接力和剝離力產(chǎn)生明顯影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊玉昆，呂風(fēng)亭.壓敏膠制品技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2004.