鈑金表面等離子活化處理工藝

丁春曉

（一汽-大眾汽車有限公司，天津301509）

1 前言

汽車駕駛艙的密封性能涉及到整車的防水、防塵、噪音等消費者能夠直接感知到的整車質量。車門作為最主要的開閉件，它與駕駛艙之間的密封，決定了整車密封性的好壞。車門與駕駛艙之間的密封效果，依靠車門密封條保證。為了達到更好的密封效果，密封條在車門上的固定方式由卡扣式，逐漸向半粘接（部分粘接在鈑金，部分用卡扣固定到版金孔）、全粘接過渡。全粘接結構密封效果最佳，但因需要將橡膠材質的密封條粘接到鈑金表面，技術難度相對較高。若工藝布置不合理，極易出現(xiàn)粘接后開膠問題，極端情況下密封條可從鈑金表面脫落，導致嚴重的售后抱怨。2020年夏季在高溫環(huán)境下某車型就發(fā)生了批量密封條開膠問題，對生產和售后造成極大影響。針對此類問題，本文通過對影響粘接效果因素進行全面剖析，提出了增強粘接效果的新工藝即鈑金表面等離子活化，并從原理、效果、安全性3個方面闡述此工藝的應用價值，為整車廠控制密封條開膠問題提供參考。

2 車門全粘接密封條結構及工藝簡介

2.1 密封條在車門上的粘接結構

全粘接結構并不復雜，主要由壓敏膠帶、橡膠密封條、門內板三者構成，如圖1所示。這里需要注意，供應商在向整車廠提供密封條前，會將壓敏膠與橡膠密封條粘接到一起，即壓敏膠帶和橡膠密封條作為一個總成供貨。

圖1 全粘接密封結構[1]

2.2 典型工藝布置

常見的粘接工藝一般包含3個步驟：第1步，鈑金表面清潔；第2步，鈑金表面活化，提高粘接面的表面能；第3步，滾壓。滾壓方式又可分為手工滾壓和自動滾壓2種，圖2為手工滾壓工具，圖3為1種自動滾壓設備。

圖2 滾輪

圖3 自動滾壓設備

2.3 影響粘接性能的因素

粘接強度從工藝考慮，影響因素主要為溫度、壓力、時間、漆面清潔、漆面張力。3M公司的ST1200為目前各大汽車廠商廣泛使用的一種密封條粘接膠，這是1種壓敏膠。下面以此款膠為例，簡要介紹各個影響因素之間的關系。

2.3.1 溫度、壓力和粘接強度的關系

由圖4可知，浸潤率（衡量粘接強度大小的指標）隨溫度升高、壓力增大而增大。生產中一般要求浸潤率達到90%（實踐經(jīng)驗得到）。如圖4所示，49 N曲線在對應溫度為18℃時浸潤率達到90%，29.4 N曲線對應溫度為23℃時浸潤率達到90%。所以，要達到90%以上的浸潤率，要求溫度>18℃，壓力>29.4 N，但進一步增大壓力、溫度，對提高粘接強度的作用已越來越不明顯。實際生產中車間溫度一般>20℃，壓力可通過滾輪或者自動滾壓設備調節(jié)至49 N以上。

圖4 浸潤率與壓力、溫度的關系[1]

2.3.2 時間、溫度和粘接強度的關系

由圖5可知，粘接強度隨著時間延長而增加，典型工藝環(huán)境下（壓力49 N、溫度20℃），要達到強度的90%，需要20 min。但是，實際生產中因工位時間限制，壓力維持時間一般在1.5 min，無法滿足20 min的時間要求，因此其它因素不變的情況下，實際生產中無法達到粘接強度的90%。

圖5 浸潤率與溫度、時間的關系[1]

2.3.3 漆面清潔

漆面清潔是為了去除漆面的灰塵、纖維等雜質，確保膠帶與漆面充分接觸。清潔工藝目前已比較成熟，一般采用浸泡了無水乙醇的無紡布濕擦后，再用無紡布干擦。這里需要注意，選擇的無紡布必須不掉落纖維。

2.3.4 漆面張力

漆面張力的大小采用達因值表征，達因值越大代表漆面張力越大，相同的時間、溫度、壓力情況下，漆面張力與粘接強度成正相關關系。達因值使用達因筆進行測試。測試方法為使用達因筆在物體表面垂直涂抹，若達因筆試液無回縮凝固，則物體張力高于達因筆等級。

目前提高漆面表面張力的普遍工藝為漆面清潔后使用表面活性劑進行二次擦拭，處理后漆面的達因值一般可達到40 N/m。若只使用無水乙醇進行清潔，清潔后達因值一般為30 N/m。

綜上所述，可以得到以下結論。

a.影響粘接強度的因素為壓力、溫度、漆面清潔度、漆面張力等；

b.要達到90%的粘接強度，需要壓力＞49 N、溫度＞18℃、時間＞20 min，表面張力一般要求大于40 N/m；

c.實際生產中，溫度、壓力、達因值均可滿足要求，但因生產節(jié)拍限制，無法滿足時間要求，需要考慮通過進一步提高溫度、壓力、達因值彌補時間的不足；

d.溫度、壓力進一步提高對提高粘接效果已不明顯，且可能會造成鈑金變形、漆面損傷。提高漆面達因值是一種比較有潛力的做法。

3 等離子活化工藝可行性研究

3.1 等離子表面活化原理

物質的常見3種狀態(tài)為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，等離子狀態(tài)為物質的第4態(tài)，是通過將額外的能量（電能）注入到氣體中達到一定條件，產生等離子體，是一種電中性的電離氣體。

等離子活化技術主要通過將等離子體轟擊到被處理表面，并與被處理表面形成高活性的化學鍵。高活性的化學鍵更易與其它物質反應，形成穩(wěn)定的化學鍵，從而達到提高附著粘貼效果的目的。具體表現(xiàn)為等離子處理后表面張力增大，即達因值提升。此技術的原理示意如圖6所示。

3.2 性能分析

通過量化試驗的方式，驗證等離子活化工藝在提高油漆表面張力的作用。同時結合實際生產中，密封條在夏季高溫環(huán)境下易開膠的情況，探究該工藝在高溫條件下的實際表現(xiàn)。

3.2.1 試驗條件

等離子處理裝置為1臺小型等離子表面活化機，設置功率為1.5 W，外供0.2 MPa壓縮空氣，使用等離子焰外焰碰到物體表面，噴頭移動速度為2 cm/s。等離子設備及等離子焰處理物體表面的方式如圖7、圖8所示。

圖7 等離子表面處理機

圖8 等離子外焰噴射到物體表面

3.2.2 鈑金表面張力提升表現(xiàn)

使用無水乙醇和無紡布對同一油漆后鈑金表面進行清擦處理后，將其劃分為3個區(qū)域，分別采用等離子表面活化、Sika205清擦、不做任何清擦3種方式處理，并使用達因筆進行表面張力測試。測試結果如圖9所示。從中可以看出，等離子表面活化后達因值可達到56 N/m，遠高于傳統(tǒng)Sika205處理時的44 N/m。

圖9 不同表面處理方式下達因值測試結果

3.2.3 高溫條件下粘接強度

模擬某車型的批量生產工藝，其表面活化方式分別采用等離子活化、Sika205擦拭、等離子活化+Sika205擦拭，之后放入試驗箱中進行25℃至70℃的交變加熱。使用拉伸機測量將密封條從油漆后鈑金剝離需要的拉力，通過拉力大小判斷粘接牢固程度，拉力越大代表粘接越牢固。通過測量試驗開始前和加熱后的密封條剝離力，得到如圖10所示數(shù)據(jù)。從中可以得出2個基本結論：等離子表面活化后，粘接最為牢固；高溫下，等離子表面活化后，其粘接強度仍為最強。

圖10 3種表面活化工藝密封條粘接強度

3.3 安全性分析

等離子表面活化時火焰溫度為80℃左右，為確保高溫不會對漆面造成損傷，需要進行漆面質量的檢查。通過高倍顯微鏡下觀察，對比等離子表面活化前后漆面情況發(fā)現(xiàn)，油漆表面未發(fā)生任何變化，如圖11所示。

圖11 等離子表面活化處理前后漆面質量

4 結束語

等離子表面活化工藝在進一步提升車門密封條粘接強度、降低車門密封條開膠風險上，具備極大的潛力。它可以顯著地提升鈑金的表面張力，進而提升密封條在油漆后鈑金表面的粘接強度，且在高溫條件下仍可保持良好的粘接強度。整車廠可考慮采用此技術改進油漆表面活化工藝，從而消除車門全粘接密封條開膠問題。