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(fèi)者能夠直接感知到的整車質(zhì)量。車門作為最主要的開(kāi)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(dá)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(guò)渡。全粘接結(jié)構(gòu)密封效果最佳，但因需要將橡膠材質(zhì)的密封條粘接到鈑金表面，技術(shù)難度相對(duì)較高。若工藝布置不合理，極易出現(xiàn)粘接后開(kāi)膠問(wèn)題，極端情況下密封條可從鈑金表面脫落，導(dǎo)致嚴(yán)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(kāi)膠問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)和售后造成極大影響。針對(duì)此類問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)影響粘接效果因素進(jìn)行全面剖析，提出了增強(qiáng)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(gè)方面闡述此工藝的應(yīng)用價(jià)值，為整車廠控制密封條開(kāi)膠問(wèn)題提供參考。

2 車門全粘接密封條結(jié)構(gòu)及工藝簡(jiǎn)介

2.1 密封條在車門上的粘接結(jié)構(gòu)

全粘接結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，主要由壓敏膠帶、橡膠密封條、門內(nèi)板三者構(gòu)成，如圖1所示。這里需要注意，供應(yīng)商在向整車廠提供密封條前，會(huì)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(gè)總成供貨。

圖1 全粘接密封結(jié)構(gòu)[1]

2.2 典型工藝布置

常見(jiàn)的粘接工藝一般包含3個(gè)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(dòng)滾壓2種，圖2為手工滾壓工具，圖3為1種自動(dòng)滾壓設(shè)備。

圖2 滾輪

圖3 自動(dòng)滾壓設(shè)備

2.3 影響粘接性能的因素

粘接強(qiáng)度從工藝考慮，影響因素主要為溫度、壓力、時(shí)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(jiǎn)要介紹各個(gè)影響因素之間的關(guān)系。

2.3.1 溫度、壓力和粘接強(qiáng)度的關(guān)系

由圖4可知，浸潤(rùn)率（衡量粘接強(qiáng)度大小的指標(biāo)）隨溫度升高、壓力增大而增大。生產(chǎn)中一般要求浸潤(rùn)率達(dá)到90%（實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得到）。如圖4所示，49 N曲線在對(duì)應(yīng)溫度為18℃時(shí)浸潤(rùn)率達(dá)到90%，29.4 N曲線對(duì)應(yīng)溫度為23℃時(shí)浸潤(rùn)率達(dá)到90%。所以，要達(dá)到90%以上的浸潤(rùn)率，要求溫度>18℃，壓力>29.4 N，但進(jìn)一步增大壓力、溫度，對(duì)提高粘接強(qiáng)度的作用已越來(lái)越不明顯。實(shí)際生產(chǎn)中車間溫度一般>20℃，壓力可通過(guò)滾輪或者自動(dòng)滾壓設(shè)備調(diào)節(jié)至49 N以上。

圖4 浸潤(rùn)率與壓力、溫度的關(guān)系[1]

2.3.2 時(shí)間、溫度和粘接強(qiáng)度的關(guān)系

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

圖5 浸潤(rùn)率與溫度、時(shí)間的關(guān)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(zhì)，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(wú)水乙醇的無(wú)紡布濕擦后，再用無(wú)紡布干擦。這里需要注意，選擇的無(wú)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(dá)因值表征，達(dá)因值越大代表漆面張力越大，相同的時(shí)間、溫度、壓力情況下，漆面張力與粘接強(qiáng)度成正相關(guān)關(guān)系。達(dá)因值使用達(dá)因筆進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試方法為使用達(dá)因筆在物體表面垂直涂抹，若達(dá)因筆試液無(wú)回縮凝固，則物體張力高于達(dá)因筆等級(jí)。

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(jìn)行二次擦拭，處理后漆面的達(dá)因值一般可達(dá)到40 N/m。若只使用無(wú)水乙醇進(jìn)行清潔，清潔后達(dá)因值一般為30 N/m。

綜上所述，可以得到以下結(jié)論。

a.影響粘接強(qiáng)度的因素為壓力、溫度、漆面清潔度、漆面張力等；

b.要達(dá)到90%的粘接強(qiáng)度，需要壓力＞49 N、溫度＞18℃、時(shí)間＞20 min，表面張力一般要求大于40 N/m；

c.實(shí)際生產(chǎn)中，溫度、壓力、達(dá)因值均可滿足要求，但因生產(chǎn)節(jié)拍限制，無(wú)法滿足時(shí)間要求，需要考慮通過(guò)進(jìn)一步提高溫度、壓力、達(dá)因值彌補(bǔ)時(shí)間的不足；

d.溫度、壓力進(jìn)一步提高對(duì)提高粘接效果已不明顯，且可能會(huì)造成鈑金變形、漆面損傷。提高漆面達(dá)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(zhì)的常見(jiàn)3種狀態(tài)為固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，等離子狀態(tài)為物質(zhì)的第4態(tài)，是通過(guò)將額外的能量（電能）注入到氣體中達(dá)到一定條件，產(chǎn)生等離子體，是一種電中性的電離氣體。

等離子活化技術(shù)主要通過(guò)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(xué)鍵。高活性的化學(xué)鍵更易與其它物質(zhì)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，從而達(dá)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(dá)因值提升。此技術(shù)的原理示意如圖6所示。

3.2 性能分析

通過(guò)量化試驗(yàn)的方式，驗(yàn)證等離子活化工藝在提高油漆表面張力的作用。同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中，密封條在夏季高溫環(huán)境下易開(kāi)膠的情況，探究該工藝在高溫條件下的實(shí)際表現(xiàn)。

3.2.1 試驗(yàn)條件

等離子處理裝置為1臺(tái)小型等離子表面活化機(jī)，設(shè)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(dòng)速度為2 cm/s。等離子設(shè)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(jī)

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(wú)水乙醇和無(wú)紡布對(duì)同一油漆后鈑金表面進(jìn)行清擦處理后，將其劃分為3個(gè)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(dá)因筆進(jìn)行表面張力測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖9所示。從中可以看出，等離子表面活化后達(dá)因值可達(dá)到56 N/m，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)Sika205處理時(shí)的44 N/m。

圖9 不同表面處理方式下達(dá)因值測(cè)試結(jié)果

3.2.3 高溫條件下粘接強(qiáng)度

模擬某車型的批量生產(chǎn)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(yàn)箱中進(jìn)行25℃至70℃的交變加熱。使用拉伸機(jī)測(cè)量將密封條從油漆后鈑金剝離需要的拉力，通過(guò)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(guò)測(cè)量試驗(yàn)開(kāi)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(gè)基本結(jié)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(qiáng)度仍為最強(qiáng)。

圖10 3種表面活化工藝密封條粘接強(qiáng)度

3.3 安全性分析

等離子表面活化時(shí)火焰溫度為80℃左右，為確保高溫不會(huì)對(duì)漆面造成損傷，需要進(jìn)行漆面質(zhì)量的檢查。通過(guò)高倍顯微鏡下觀察，對(duì)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(zhì)量

4 結(jié)束語(yǔ)

等離子表面活化工藝在進(jìn)一步提升車門密封條粘接強(qiáng)度、降低車門密封條開(kāi)膠風(fēng)險(xiǎn)上，具備極大的潛力。它可以顯著地提升鈑金的表面張力，進(jìn)而提升密封條在油漆后鈑金表面的粘接強(qiáng)度，且在高溫條件下仍可保持良好的粘接強(qiáng)度。整車廠可考慮采用此技術(shù)改進(jìn)油漆表面活化工藝，從而消除車門全粘接密封條開(kāi)膠問(wèn)題。