鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑熱熔膠膜粘接性能研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.014

摘 要：為金屬/塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)用熱熔膠的選擇及在注塑領(lǐng)域的應(yīng)用提供借鑒，以RS-TES0801熱熔膠膜、CO-CL-0013水性熱熔膠和TC204熱熔膠膜為膠粘劑，制備了8014-H21鋁合金板與PC-ABS GF20的嵌件注塑件。通過紅外光譜法、差示掃描量熱法對3種熱熔膠膜的分子結(jié)構(gòu)及熱性能進行了表征，研究了3種嵌件注塑件的剝離強度、耐熱老化、耐冷熱循環(huán)沖擊及防潮性能。結(jié)果表明，TC204聚烯烴熱熔膠膜完全熔融溫度為122.71 ℃；以TC204熱熔膠膜為粘結(jié)劑的0.58 mm 8014-H21鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件剝離強度達到了62.12 N，且耐候性能優(yōu)異。

關(guān)鍵詞：鋁合金；熱熔膠膜；嵌件注塑；粘接

中圖分類號：TQ436⁺.4" " " "文獻標(biāo)志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0050-05

Study on the adhesion performance of aluminum alloy/PC-ABS GF20 insert injection molding hot melt adhesive film

HUANG Zhenhua，ZHOU Huan，ZHENG Song，YE Xiuting，YUAN Zejiang，XIA Zhenyu

（Ningbo Lawrence automotive interiors Co.，Ltd.，Ningbo 315722， China）

Abstract：In order to provide reference for the selection and application of hot melt adhesive for metal/plastic composite structure in the field of injection molding，insert injection molding parts of 8014-H21 aluminum alloy plate and PC-ABS GF20 were prepared using RS-TES0801 hot melt adhesive film，CO-CL-0013 water-based hot melt adhesive，and TC204 hot melt adhesive film as adhesives.The molecular structure and thermal properties of the three hot melt adhesive films were characterized by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry.The peel strength，thermal aging，cold and thermal cycle impact resistance，and moisture resistance of the three types of insert injection molded parts were studied.The results showed that the complete melting temperature of the TC204 polyolefin hot melt adhesive film was 122.71 ℃.The peeling strength of 0.58 mm 8014-H21 aluminum alloy/PC-ABS GF20 injection molding parts using TC204 hot melt adhesive film as the adhesive reached 62.12 N，and the weather resistance was excellent.

Key words：aluminium alloy-hot melt adhesive，insert injection molding，adhesion

PC-ABS合金以聚碳酸酯（PC）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）為主要原料，同時具備了ABS的易加工特性和PC優(yōu)良的力學(xué)特性和熱穩(wěn)定性。經(jīng)3～6 mm玻璃纖維增強后的PC-ABS合金，不僅力學(xué)性能及耐熱性、耐磨性等得到了提高，其制成品的吸水率、蠕變性、成型收縮率也隨之降低，因而被廣泛應(yīng)用于對阻燃特性和環(huán)境適應(yīng)性更高的汽車內(nèi)飾件行業(yè)^[1-2]。為滿足現(xiàn)代工業(yè)體系連續(xù)性、規(guī)?；纳a(chǎn)要求，真鋁汽車內(nèi)飾件中金屬與塑料的復(fù)合也采用了加工性能好、粘接性能優(yōu)異，環(huán)保型、無VOC排放的熱熔膠膜作為膠粘劑^[3-6]。研究針對各類熱熔膠及膠膜對于8014-H21鋁合金與20%玻璃纖維增強PC-ABS（Alu/PC-ABS GF20）嵌件注塑件的粘接性能進行了全面的探討，為金屬/塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)用熱熔膠的選擇，特別是熱熔膠在金屬嵌件注塑領(lǐng)域的應(yīng)用提供借鑒。

1"實驗部分

1.1"主要原材料

RS-TES0801熱熔膠膜，湖北英賽力新材料科技有限責(zé)任公司；CO-CL-0013水性熱熔膠，Northern Engraving Corp.；TC204熱熔膠膜，某進口供應(yīng)商；Bayblend T88 GF20 塑料（PC-ABS GF20），科思創(chuàng)聚合物（中國）有限公司；0.58 mm 8014-H21鋁合金板，中國鋁業(yè)集團有限公司。

1.2"儀器與設(shè)備

Nicolet iS10傅立葉變換紅外光譜儀，美國賽默飛世爾科技公司。DSC-TA Q20型差示掃描量熱儀，美國TA儀器有限公司。Shimadzu AG-20KNG 拉力試驗機，日本島津制作所。08TT-15-001型高溫試驗箱，上海增達科技股份有限公司。16WSDX-001高低溫（濕熱）實驗箱，愛斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司。MYJ-500T型模壓機，無錫億佳爾通用機械廠。MA2000/700注塑機，海天塑機集團有限公司。五軸CNC銑床，蘇州英特諾數(shù)控技術(shù)有限公司。

1.3"測試材料的制備

1.3.1"熱熔膠膜的制備

（1）將RS-TES0801與TC204熱熔膠膜裁剪成60 mm×40 mm的尺寸；

（2）將黏度為100 cPs的CO-CL-0013水性熱熔膠，經(jīng)輥式涂布機均勻涂敷在覆有可撕透明膜的8014-H21鋁合金板上。經(jīng)90 ℃烘箱烘烤3 min后，再將膜厚（35±2） μm的熱熔膠膜剝離并裁剪成60 mm×40 mm的尺寸。

1.3.2"熱熔膠膜復(fù)合鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件的制備

（1）將尺寸為600 mm×600 mm，表面預(yù)涂了20～25 μm厚聚氨酯涂層的0.58 mm 8014-H21鋁卷分切成60 mm×40 mm尺寸;

（2）將同樣尺寸規(guī)格的RS-TES0801熱熔膠膜、TC204熱熔膠膜，分別平鋪在鋁板背面，按照RS-TES0801/鋁板、TC204/鋁板的結(jié)構(gòu)堆疊放置整齊，并置于MYJ-500T型模壓機上，經(jīng)在溫度150 ℃ 60S熱壓成型后取出并冷卻;

（3）將CO-CL-0013水性熱熔膠黏度調(diào)整到100 cPs，再將步驟（1）中預(yù)涂聚氨酯涂層的600 mm×600 mm鋁板背面朝上放置于傳輸帶上，通過輥式涂布機在鋁板表面進行熱熔膠涂敷，再經(jīng)90 ℃烘箱烘烤3 min后，鋁合金板表面即覆有（35±2） μm厚的CO-CL-0013熱熔膠膜;

（4）將復(fù)合了3種熱熔膠膜的鋁板分別板裁剪成220 mm×320 mm尺寸，并放入平板注塑模具中，在MA2000/700注塑機上，以280 ℃料溫、98 MPa壓力進行PC-ABS GF20塑料粒子背面嵌件注塑（塑料層厚度2.5 mm），再用英特諾五軸銑削機對樣件CNC銑削，最終得到尺寸為200 mm×300 mm的平板注塑件;

（5）對于需要進行剝離力測試的平板注塑件，需進一步銑削成200 mm×20 mm的長條。

1.4"性能測試

1.4.1"紅外光譜測試（FTIR）

采用傅立葉變換紅外光譜儀測試熱熔膠膜的紅外圖譜，掃描范圍為400～4 000 cm^-1，分辨率4 cm^-1。

1.4.2"熱熔膠熔點測試

采用差示掃描量熱儀進行測試，升溫速率為2 ℃/min。

1.4.3"剝離強度測試

按照ASTM D6862—2001《膠粘劑的90°抗剝離性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》，在拉力試驗機上進行測試。

1.4.4"熱老化存放測試

按照TL226 2018—04《汽車內(nèi)飾件噴涂件技術(shù)要求3.7.4.1加熱柜中耐老化性能》，在高溫實驗箱中以（90±2） ℃條件下，進行240 h測試。

1.4.5"耐冷熱循環(huán)沖擊測試

按照TL226 2018—04《汽車內(nèi)飾件噴涂件技術(shù)要求3.7.4.2環(huán)境循環(huán)測試》中規(guī)定的PV1200測試標(biāo)準(zhǔn)，在高低溫試驗箱測試8個周期（單周期溫濕度變化：由80 ℃、80%相對濕度到40 ℃、30%相對濕度），總共測試96 h。

1.4.6"耐冷凝水氣候測試

按照DIN EN ISO 6270—2中規(guī)定的要求，在（40±2） ℃和100%相對濕度條件下，測試240 h。

2"結(jié)果與討論

2.1"紅外光譜測試（FTIR）

RS-TES0801、CO-CL-0013與TC204等3種熱熔膠膜的FTIR光譜分析譜圖如圖1所示。

由圖1（a）可知，RS-TES0801熱熔膠膜中聚酯分子的酯基官能團特征吸收峰非常明顯。2 918.42 cm^-1處為飽和C—H伸縮振動吸收峰；由于苯環(huán)的共軛效應(yīng)，C=O（羧基）伸縮振動峰的位置已漂移到1 709.75 cm^-1處，表現(xiàn)為強吸收峰。1 230.96 cm^-1處為C—O（包含苯環(huán)碳的—C—C—O—）不對稱伸縮振動峰，而724.75 cm^-1出現(xiàn)的是羧酸長鏈中C—H的彎曲振動以及苯環(huán)上C—H面外彎曲振動吸收峰^[7-8]。

圖1（b）中的CO-CL-0013紅外譜圖表現(xiàn)出典型的聚氨酯官能團特征吸收峰。3 341.15 cm^-1處為—NH的伸縮振動吸收峰，2 935.75 cm^-1處是亞—CH3的伸縮振動吸收峰，1 725.11 cm^-1處為氨基甲酸酯基中C=O的伸縮振動吸收峰，1 528.11 cm^-1處為苯環(huán)骨架特征峰，1 243.19 cm^-1處為C—O—C的吸收峰^[9-10]。在3 580～3 650 cm^-1沒有吸收峰，說明多元醇中的—OH已完全參與了反應(yīng)。此外，圖譜中—NCO 基團的伸縮振動峰不明顯，吸收很弱，說明與空氣中的濕氣反應(yīng)生成了—NHCONH—基團^[10]。由圖1（c）可知，TC204膠膜FTIR圖譜變現(xiàn)為典型的聚烯烴特征吸收峰。2 915.25、2 848.31 cm^-1處吸收峰分別是聚烯烴材料的C—H鍵反對稱伸縮振動吸收峰和對稱伸縮振動吸收峰，1 467.94 cm^-1處為C—H鍵彎曲變形振動的吸收峰，1 376.63 cm^-1 處為—CH3基團的特征吸收峰^[11-13]。

2.2"DSC曲線測試

為研究熱熔膠膜的熱學(xué)性能，采用差示掃描量熱儀（DSC法）測試了RS-TES0801、CO-CL-0013、TC204等3種熱熔膠膜的熔融溫度， 結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，以對苯二甲酸、間苯二甲酸等二元酸與丁二醇、乙二醇等二元醇為原料共聚得到的RS-TES0801聚酯熱熔膠膜，其完全熔融溫度（熔融峰）最高達到了398 ℃^[8]，而以聚烯烴為原料的TC204聚烯烴熱熔膠，完全熔融溫度最低僅為122.71 ℃。汽車內(nèi)外飾常用的PC-ABS GF20塑料的注塑溫度通常在260～290 ℃。在該溫度范圍內(nèi)，RS-TES0801聚酯熱熔膠暫未達到完全熔融溫度，CO-CL-0013僅能達到初級熔融狀態(tài)，而TC204熱熔膠已經(jīng)達到完全熔融溫度，可以實現(xiàn)完整的熱熔固化反應(yīng)。

2.3"剝離強度

復(fù)合結(jié)構(gòu)的剝離強度是反映熱熔膠膜粘接性能的重要技術(shù)指標(biāo)^[8]。RS-TES0801、CO-CL-0013、TC204等3種熱熔膠復(fù)合的鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件的剝離強度測試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，3種熱熔膠膜中，RS-TES0801熱熔膠膜對于鋁合金/PC-ABS GF20的粘接力最差為25.77 N，而TC204熱熔膠膜對于鋁合金/PC-ABS GF20的粘接力最強，達到了62.12 N。

剝離測試過程中，粘接面常見的破壞方式包括內(nèi)聚破壞、界面破壞、基材破壞和混合破壞等^[6]。圖3為不同熱熔膠膜與鋁合金/PC-ABS GF20的界面剝離效果。

由圖3可知，3種熱熔膠膜與鋁合金/PC-ABS GF20注塑件的剝離界面均屬于界面破壞，其中RS-TES0801與CO-CL-0013對鋁合金的粘接力要高于PC-ABS GF20基材，而TC204熱熔膠對PC-ABS GF20基材的粘接性則要優(yōu)于鋁合金^[6]。

2.4"耐熱老化性能

按照TL226 2018-04標(biāo)準(zhǔn)，對3種熱熔膠膜復(fù)合制備的鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件，進行了耐熱老化性能測試，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，CO-CL-0013與TC204熱熔膠復(fù)合的嵌件注塑件經(jīng)測試后，板材粘接界面牢靠穩(wěn)定，未出現(xiàn)分層或者剝離現(xiàn)象，而RS-TES0801熱熔膠膜復(fù)合的嵌件注塑件測試后膠粘劑失效，出現(xiàn)了嚴(yán)重的分層/開裂問題^[14]。

2.5"耐冷熱循環(huán)沖擊性能

針對3種熱熔膠復(fù)合的鋁合金/PC-ABS GF20的嵌件注塑件進行了環(huán)境循環(huán)測試，以驗證極端氣候條件下膠粘劑的耐冷熱循環(huán)沖擊性能，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，3種熱熔膠膜復(fù)合的嵌件注塑件在環(huán)境循環(huán)測試實驗中表現(xiàn)穩(wěn)定，粘接截面牢靠未發(fā)生破損或開裂。3種膠膜對極端環(huán)境條件的適應(yīng)性強，耐冷熱循環(huán)沖擊性能優(yōu)異^[6-14]。

2.6"冷凝水耐候性測試

3種熱熔膠膜復(fù)合的鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件的冷凝水耐候性測試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，3種熱熔膠膜復(fù)合的嵌件注塑件在冷凝水耐候測試中表現(xiàn)穩(wěn)定，粘接界面在高溫高濕環(huán)境下均未出現(xiàn)開膠、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

3"結(jié)語

（1）RS-TES0801、CO-CL-0013與TC204等3種熱熔膠在FTIR測試中分別表現(xiàn)出明顯的聚酯、聚氨酯及聚烯烴特征官能團吸收峰;

（2）TC204熱熔膠膜的DSC曲線的完全熔融溫度僅為122.71 ℃，在280 ℃進行PC-ABS GF20塑料嵌件注塑時，可以達到完全的熱熔固化;

（3）經(jīng)TC204熱熔膠復(fù)合的鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件，剝離強度可達62.12 N，剝離后的粘接面呈現(xiàn)界面破壞，膠膜與PC-ABS GF20基材的粘接表現(xiàn)優(yōu)異;

（4）3種熱熔膠復(fù)合的鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑件在進行高溫?zé)崂匣?、環(huán)境循環(huán)測試、冷凝水耐候測試等耐久性測試時，TC204與CO-CL-0013熱熔膠膜表現(xiàn)良好，但RS-TES0801熱熔膠膜無法通過高溫?zé)崂匣瘻y試，出現(xiàn)膠層開裂問題；

（5）3種熱熔膠膜中，TC204聚烯烴熱熔膠綜合性能表現(xiàn)相對優(yōu)異，尤其適用于PC-ABS GF20塑料的嵌件注塑。

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收稿日期：2023-09-20；修回日期：2023-12-15

作者簡介：黃振華（1984-），男，碩士，工程師，研究方向：鋁合金汽車裝飾件；E-mail：hzhh-006@163.com。

引文格式：黃振華，周"歡，鄭"松，等.鋁合金/PC-ABS GF20嵌件注塑熱熔膠膜粘接性能研究[J].粘接，2024，51（2）：50-53.