反應(yīng)型熱熔膠在空調(diào)器導(dǎo)風(fēng)板中的研究與應(yīng)用

陳章勇 劉 波 蘇 濱

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

我司空調(diào)器室分體內(nèi)機(jī)鋁制導(dǎo)風(fēng)板配合是采用3M底涂劑﹢3M雙面膠的型式進(jìn)行粘結(jié)的，粘結(jié)過(guò)程復(fù)雜，成本昂貴，主要表現(xiàn)在以下點(diǎn)：

1）生產(chǎn)效率低，需要人工把雙面膠粘貼到基板上，剝離離型紙后，再將鋁制導(dǎo)風(fēng)板外和導(dǎo)風(fēng)板內(nèi)粘貼在一起，整個(gè)過(guò)程需要多人操作才能滿足生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低；

2）產(chǎn)品質(zhì)量一致性差，裝配過(guò)程全部由人工完成，鋁制導(dǎo)風(fēng)板采用內(nèi)部卡扣定位設(shè)計(jì)，在操作過(guò)程中存在盲裝問(wèn)題，操作容易出現(xiàn)偏差導(dǎo)致質(zhì)量事故；

3）成本高，雙面膠價(jià)格高。潤(rùn)系列導(dǎo)風(fēng)板需使用2 m的雙面膠（單價(jià)）和2 ml的底涂劑，投入成本相對(duì)較高；

綜上所述：隨著公司和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高、社會(huì)大眾對(duì)環(huán)保問(wèn)題的聚焦及對(duì)職業(yè)健康重視，這種作業(yè)的方式越來(lái)越不適合現(xiàn)在的要求，為此開發(fā)一種新的環(huán)保的反應(yīng)型熱熔膠取代目前雙面膠和底涂劑。

1 膠黏劑開發(fā)

1.1 膠黏劑類型選擇

適用于分離式基材的工藝有：焊接、鉚接、粘接等，粘接工藝才能滿足我司多樣化產(chǎn)品的通用需求。經(jīng)過(guò)調(diào)研，市場(chǎng)上的膠黏劑分為環(huán)氧樹脂、PU、丙烯酸、PSA壓敏膠、硅膠等等，其中大部分膠黏劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速粘接[4]或者對(duì)現(xiàn)行生產(chǎn)工藝有沖突（如硅膠會(huì)導(dǎo)致檢漏儀誤報(bào)警），無(wú)法滿足要求。

反應(yīng)型熱熔膠是一種不含水和溶劑，固含量100%，耐水耐介質(zhì)的環(huán)保型膠粘劑，對(duì)基材有良好的浸潤(rùn)性，可瞬時(shí)提供粘接力，粘接有效性100 %；反應(yīng)型熱熔膠屬于反應(yīng)型膠水，固化過(guò)程是通過(guò)和空氣中的水汽發(fā)生反應(yīng)，固化后不可逆，二次反應(yīng)后提供最終粘接力＞10倍初黏力，且粘接力不隨溫度變化而改變、杜絕低溫失粘[3]，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。但對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)型熱熔膠進(jìn)行理論分析及實(shí)驗(yàn)篩選，經(jīng)對(duì)市場(chǎng)上的反應(yīng)型熱熔膠產(chǎn)品篩選及試驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能滿足我司所有裝配要求的產(chǎn)品，需針對(duì)我司的要求開發(fā)專用膠黏劑，開發(fā)要求：

1）基于我司產(chǎn)品顏色多樣性，要求所開發(fā)的膠黏劑顏色為無(wú)色透明或乳白色、無(wú)味、環(huán)保；

2）膠黏劑初粘力≥0.7 MPa：經(jīng)過(guò)分析和計(jì)算，反應(yīng)型熱熔膠需在1分鐘內(nèi)單位面積下提供0.7 MPa的粘接力才能與雙面膠相當(dāng)；

3）根據(jù)生產(chǎn)工藝及膠黏劑特性確定開發(fā)時(shí)間在2～4 min；

4）對(duì)公司及各基地調(diào)研，膠水需要滿足在相對(duì)濕度≥30 %，環(huán)境溫度≥15 ℃正常生產(chǎn)的能力。

針對(duì)以上要求，我們聯(lián)合廠家開發(fā)了符合鋁制導(dǎo)風(fēng)板的反應(yīng)型熱熔膠。

1.2 理論分析

1.2.1 粘接理論

潤(rùn)濕——變流——擴(kuò)散——滲透——成鍵（或形成固體），潤(rùn)濕是形成粘接的先決條件，擴(kuò)散是形成粘接的主要過(guò)程，成鍵是粘接強(qiáng)弱的決定因素。

1.2.2 粘接的機(jī)理

只有當(dāng)膠粘劑能夠潤(rùn)濕基材是才能起到粘合的作用（如圖1）。潤(rùn)濕的熱力學(xué)條件是：液體表面張力（表現(xiàn)能），金屬、無(wú)機(jī)物的表面能都很高，而塑料、有機(jī)物、膠粘劑、水等的表面能較低，而我們應(yīng)用的主要是塑料與塑料間的粘接，塑料與鋁合金間的粘接。

圖1 粘接機(jī)理

1.2.3 粘接力形成的機(jī)理

粘接力是機(jī)械嵌合力、分子間作用力和化學(xué)鍵力三種力綜合作用的結(jié)果，機(jī)械嵌合力與分子間作用力的普遍存在的，如能形成化學(xué)鍵，盡管數(shù)量可能不多，卻會(huì)使粘接力大增。不同類型的膠粘劑，三種力的貢獻(xiàn)是不一樣的。大部分熱熔膠和水膠的粘接力主要來(lái)源于機(jī)械嵌合力與分子間作用力，只有反應(yīng)性膠粘劑才會(huì)形成較多的化學(xué)鍵，反應(yīng)方程式見(jiàn)圖2。

圖2 反應(yīng)方程式

1.2.4 反應(yīng)型熱熔膠的固化表現(xiàn)

反應(yīng)型熱熔膠固化分為兩個(gè)步驟：熱塑性狀態(tài)：熱熔膠使用時(shí)是熔融狀態(tài)；冷卻時(shí)成為固體，稱之為固化，由此提供了初粘力[2]。反應(yīng)過(guò)程：熱熔膠開始交聯(lián)反應(yīng)，它受溫度和濕度的影響，完全固化后達(dá)到最終的粘合強(qiáng)度，這個(gè)過(guò)程不可逆，粘接強(qiáng)度時(shí)間圖見(jiàn)圖3。

圖3 粘接強(qiáng)度時(shí)間圖

根據(jù)上述內(nèi)容，項(xiàng)目選擇了反應(yīng)型熱熔膠為切入點(diǎn)開展。反應(yīng)型熱熔膠不含水和溶劑，固含量100 %，是一種高性能的環(huán)保型膠粘劑。與普通熱熔膠相比，具有優(yōu)異的綜合性能，兼有普通熱熔膠無(wú)溶劑、初粘性高、裝配定位迅速等特性，又具有反應(yīng)型液態(tài)膠粘劑特有的耐水、耐候、耐蠕變、耐介質(zhì)等性能，且固化后不可逆，符合鋁制導(dǎo)風(fēng)板的粘接需求。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

導(dǎo)風(fēng)板組件主要用于分體內(nèi)機(jī)，根據(jù)內(nèi)機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及使用環(huán)境，我們對(duì)膠黏劑的失效模式分析并設(shè)計(jì)了溫變、懸掛、腐蝕等型式實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合汽車行業(yè)開展自然老化、雙八五、寶馬循環(huán)等非標(biāo)實(shí)驗(yàn)以及十年可靠性實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)17個(gè)月耗費(fèi)460多件樣件完成了34項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

驗(yàn)證情況總結(jié)表見(jiàn)表1，經(jīng)驗(yàn)證表明，所開發(fā)的反應(yīng)型熱熔膠可替代雙面膠﹢底涂劑，它既保留了雙面膠的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)，同時(shí)保證十年后粘接力無(wú)衰減。

表1 驗(yàn)證情況總結(jié)表

3 施膠工藝分析及確定

3.1 施膠工藝選擇

經(jīng)調(diào)查，適合我司的產(chǎn)品的施膠工藝有噴膠和涂膠條兩種，噴膠理論上粘結(jié)面積大，提供的粘結(jié)力也最大，但是噴條對(duì)產(chǎn)品變形量及設(shè)備維護(hù)要求高，而涂膠條對(duì)產(chǎn)品及設(shè)備要求低，但因零件變形存在不確定性，經(jīng)驗(yàn)證，采用噴膠工藝的粘結(jié)力與雙面膠相當(dāng)，僅為涂膠條工藝的一半（如表2），因此我們選擇了涂膠條工藝。

表2 不同粘接方式剪切力對(duì)比

3.2 施膠直徑確定

根據(jù)帕斯卡原理（抗拉強(qiáng)度一定，有效載荷越大，需要的粘接面積越大，膠條長(zhǎng)度一定，粘貼面積越大，需要的膠條寬度越大），并結(jié)合膠黏劑固化后的粘接力≈10倍初粘力的關(guān)系，我們選取了10倍的安全系數(shù)n，確定了粘結(jié)面積S與有效載荷P以及抗拉強(qiáng)度的關(guān)系ρ為：

S=P*n/ρ，D=P*n/（ρ*L）

通過(guò)上述公司計(jì)算并結(jié)合工藝穩(wěn)定性、可靠性要求，最終我們確定了施膠直徑為D=2.5±0.5 mm。

4 自動(dòng)施膠技術(shù)

自動(dòng)施膠設(shè)備圖見(jiàn)圖4，該臺(tái)設(shè)備由導(dǎo)風(fēng)板仿行模、膠槍涂膠系統(tǒng)、機(jī)器人、超時(shí)報(bào)警系統(tǒng)及人機(jī)界面控制系統(tǒng)等部分組成。采用一體化自動(dòng)設(shè)計(jì)，員工只要選定產(chǎn)品機(jī)型并放取導(dǎo)風(fēng)板即可完成自動(dòng)涂膠操作。高效快捷，運(yùn)行平穩(wěn)，可有效保證涂膠工藝和生產(chǎn)節(jié)拍要求。該涂膠的工步有：開機(jī)自檢準(zhǔn)備→選定機(jī)型→ 放刀鋒安于工作區(qū)→光電感應(yīng)自動(dòng)涂膠（超時(shí)報(bào)警） →導(dǎo)風(fēng)板自動(dòng)輸出[1]。

圖4 自動(dòng)施膠設(shè)備圖

各機(jī)型混線生產(chǎn)切換頻繁，生產(chǎn)操作人員技能要求高，準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。通過(guò)視聽(tīng)模塊與設(shè)備系統(tǒng)集成，開發(fā)了一種視聽(tīng)教練系統(tǒng)，語(yǔ)音指導(dǎo)操作，并在可視化界面上操控設(shè)備（圖5）。

圖5 設(shè)備操作與示教系統(tǒng)

5 應(yīng)用情況總結(jié)

通過(guò)開發(fā)反應(yīng)型熱熔膠并配合設(shè)備實(shí)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)板的自動(dòng)涂膠粘接，已在產(chǎn)品上應(yīng)用2年，采用自動(dòng)施膠工藝，涂膠質(zhì)量一致性高，并具有失效模式檢測(cè)保護(hù)功能，該技術(shù)應(yīng)用后物料成本降低65 %，生產(chǎn)效率提升20 %，生產(chǎn)自動(dòng)化率提升30 %，亦可提高員工滿意度，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，得到使用單位的一致好評(píng)，并已在集團(tuán)內(nèi)全面推廣應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目開發(fā)的反應(yīng)型熱熔膠粘接技術(shù)及自動(dòng)施膠技術(shù)，解決了雙面膠﹢底涂劑存在的生產(chǎn)效率低，物料成本高、生產(chǎn)質(zhì)量無(wú)法保障、自動(dòng)化無(wú)法實(shí)施的技術(shù)難題，已在全集團(tuán)應(yīng)用。所研究的反應(yīng)型熱熔膠粘接技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有項(xiàng)很強(qiáng)的復(fù)制性、行業(yè)借鑒性、推廣應(yīng)用價(jià)值，推廣后可給企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。