用于粘貼ABS/HIPS/PMMA的壓敏膠粘貼性能研究

郭斌 吳居良 程昆鵬 周子榮

摘要：在不同條件下采用壓敏膠粘貼多種基材ABS/HIPS/PMMA/指定鋼板的90°剝離強(qiáng)度及長(zhǎng)期可靠性進(jìn)行環(huán)境實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，壓敏膠對(duì)PMMA的粘貼性能相對(duì)最優(yōu)，鋼板次之，粘貼ABS和HIPS的性能相對(duì)最差且2者幾乎接近;壓敏膠剝離強(qiáng)度隨著保壓時(shí)間、保壓壓力的增加而增大，對(duì)某種粘貼面板組件工藝參數(shù)進(jìn)行控制驗(yàn)證，壓緊30s比壓緊60s的剝離強(qiáng)度僅降低10%左右，且同樣滿足長(zhǎng)期可靠性環(huán)境試驗(yàn);為達(dá)到較佳的粘貼性能，建議在面板粘貼壓敏膠時(shí)，可選擇保壓時(shí)間為30s，保壓壓力盡量選擇氣源壓力的相對(duì)最大值。

關(guān)鍵詞：壓敏膠;剝離強(qiáng)度;長(zhǎng)期可靠性環(huán)境實(shí)驗(yàn);粘貼性能

中圖分類號(hào)：TQ436⁺.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）05-0065-04

壓敏膠帶又稱“膠粘帶”，是在其一面或兩面上涂有室溫下具有永久粘性的壓敏膠粘劑的產(chǎn)品，壓敏膠是具有壓力敏感特性的高分子聚合物，且只需施以一定壓力即可實(shí)現(xiàn)粘接，并可根據(jù)粘接面需求被加工成任何形狀，因此，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、家電、電子、運(yùn)輸和建筑等各大領(lǐng)域。

家電制造行業(yè)之所以使用壓敏膠，是因?yàn)槠淠軐⒚姘逯苯诱辰拥酵叽绲牡装迳?，無(wú)需鉆孔、不留焊點(diǎn)以及永久粘接，完美地保證了面板的整體性，既能有效釋放應(yīng)力，又能獲得完美的產(chǎn)品外觀，已成為家電外觀設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。壓敏膠的失效模式存在4種：基材破壞、基材與膠分離、膠失效和內(nèi)聚力失效，其中任何一種失效模式都會(huì)影響粘接的可靠性。對(duì)于家電行業(yè)而言，壓敏膠應(yīng)用較為廣泛的是在注塑組件上，膠的失效也是較難控制、較易發(fā)生的。壓敏膠在粘貼面板、底板等的施工過(guò)程中都需要在一定壓力下保壓一定時(shí)間，以便快速建立起粘貼強(qiáng)度、保證初粘性，滿足在預(yù)裝、運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)脫落的要求。目前，壓緊時(shí)間、保壓壓力較佳工藝參數(shù)的選擇一直是研究壓敏膠粘貼過(guò)程控制中的一個(gè)難點(diǎn)，壓緊時(shí)間過(guò)短、保壓壓力過(guò)小則初粘性無(wú)法保證，易脫膠;壓緊時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、保壓壓力過(guò)大，浪費(fèi)預(yù)裝工時(shí)，降低了預(yù)裝生產(chǎn)節(jié)拍效率。本研究選取某種空調(diào)面板組件進(jìn)行貼膠實(shí)驗(yàn)研究，分析其粘接性能，選取較佳粘膠施工控制工藝參數(shù)，使膠快速建立起剝離強(qiáng)度，提升初粘性，提前控制壓敏膠的失效模式。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

ABS/HIPS/PMMA/鋼板

（規(guī)格為250mm x 25mm x0.8mm），珠海格力電器股份有限公司;VHB壓敏膠（規(guī)格為15mmx1.1mm），3M公司。

1.2儀器與設(shè)備

INSTRON5569型剝離力試驗(yàn)機(jī)，英斯特朗（上海）試驗(yàn)設(shè)備貿(mào)易有限公司;壓緊設(shè)備，珠海格力電器股份有限公司;5kg型壓輥，江蘇呂氏機(jī)械制造有限公司;NK-100型指針式推拉力計(jì)，麥克斯測(cè)控設(shè)備廠。

1.3實(shí)驗(yàn)樣件的制備

參考GB/T2792-1998《壓敏膠粘帶180°剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，先對(duì)粘貼基材表面做預(yù)清潔處理，當(dāng)完成貼膠后用壓輥或者壓緊設(shè)備保壓。

1.4性能測(cè)試

1.4.1剝離強(qiáng)度：按照GB/T2792-1998《壓敏膠粘帶180～剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行90°剝離強(qiáng)度測(cè)試（每個(gè)樣件測(cè)3～5組并求取平均值）。

1.4.2長(zhǎng)期環(huán)境性：按照珠海格力電器股份有限公司壓敏膠帶檢驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行高溫潮態(tài)實(shí)驗(yàn)、高低溫沖擊實(shí)驗(yàn)、常溫靜態(tài)垂直懸掛實(shí)驗(yàn)和常溫靜態(tài)水平懸掛實(shí)驗(yàn)。

2結(jié)果與討論

2.1壓敏膠粘貼不同基材的剝離強(qiáng)度對(duì)比

圖1為被正常剝離所制備的樣件，VHB壓敏膠粘貼不同基材的的剝離強(qiáng)度如圖2所示。由圖2可知：VHB壓敏膠粘貼不同種基材的剝離強(qiáng)度是不同的，其中PMMA>鋼板>HIPS≈ABS，這是由其材料的表面能所決定的。當(dāng)基材表面能越高，表面越容易被雙面膠潤(rùn)濕，即越易粘貼，剝離強(qiáng)度越大;反之表面越難潤(rùn)濕，即越難粘貼，剝離強(qiáng)度較小，甚至無(wú)法粘貼。如表1、圖3就反映了不同材料的表面能關(guān)系;靜置72h的剝離強(qiáng)度（終粘力）均大于企標(biāo)狀態(tài)下的剝離強(qiáng)度。分析原因是，靜置72h后的壓敏膠通過(guò)自身流動(dòng)性，使膠粘劑更多地滲透進(jìn)被粘樣件的表面，與之發(fā)生充分潤(rùn)濕，增大了分子間的作用力，從而提升了膠的粘接力;在A狀態(tài)下，ABS、HIPS和指定鋼板的剝離力可達(dá)到終粘力的81.78%、93.86%和86.74%。（A狀態(tài)是粘膠后用5kg壓滾在測(cè)試樣品上勻速滾動(dòng)，速度為30s一個(gè)回合，滾動(dòng)5個(gè)回合后測(cè)其剝離強(qiáng)度;B狀態(tài)是粘膠后靜置72h測(cè)其剝離強(qiáng)度）。

2.2保壓時(shí)間對(duì)壓敏膠剝離強(qiáng)度的影響

理論上只要雙面膠粘貼后靜置72h以上都可以達(dá)到最終粘接力，在0.3MPa壓力下，HIPS材料在不同壓緊時(shí)間的剝離強(qiáng)度如圖4所示。由圖4可知：在模擬實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，在壓力為0.3MPa下，壓敏膠的剝離強(qiáng)度隨壓緊時(shí)間增大呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。分析原因是，隨著保壓時(shí)間的增加，壓敏膠的膠粘劑分子通過(guò)自身的流動(dòng)性，使膠粘劑分子更多地滲進(jìn)被粘物表面，并與之發(fā)生充分潤(rùn)濕，增大了分子間的作用力，提升了黏合力。

2.3保壓壓力對(duì)壓敏膠剝離強(qiáng)度的影響

在30s壓緊時(shí)間下，HIPS材料在不同保壓壓力中的剝離強(qiáng)度如圖5所示。由圖5可知：保持保壓時(shí)間30s不變，壓敏膠的剝離強(qiáng)度同樣隨保壓壓力增加而增大。分析原因是，隨著保壓壓力的增加，膠粘劑分子潤(rùn)濕粘接表面能力增強(qiáng)，從而黏合力增大。

2.4壓敏膠粘貼面板基材組件的剝離強(qiáng)度對(duì)比

由于受面板體積較大、剝離夾具較難選取以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程較難控制等因素限制，目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)做過(guò)類似面板體這樣大體積的剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。本研究?jī)H嘗試過(guò)粘貼導(dǎo)風(fēng)板組件用拉力計(jì)進(jìn)行剝離拉膠實(shí)驗(yàn)，在150N的作用力下仍未脫落開(kāi)膠。因此根據(jù)實(shí)際情況，自制實(shí)驗(yàn)樣件可以滿足實(shí)驗(yàn)需求，如圖6所示。

ABS/HIPS組件在不同壓緊時(shí)間下對(duì)應(yīng)的剝離力如圖7所示。由圖7可知：VHB壓敏膠粘貼ABS、HIPS自制組件的剝離力隨制作樣件的壓緊時(shí)間增加而逐漸增大。ABS樣件壓緊72h后的剝離力可達(dá)44.25N，壓緊60s時(shí)的剝離力（29.42N）比壓緊30s時(shí)的剝離力（26.92N）增加9.29%，比不壓緊時(shí)的剝離力（20.42N）增加44.07%;HIPS樣件壓緊72h后的剝離力可達(dá)47.88N，壓緊60s時(shí)的剝離力（23.25N）比壓緊30s時(shí)的剝離力（20.83N）增加11.62%，比不壓緊時(shí)的剝離力（16.25N）增加43.08%。由此說(shuō)明，壓敏膠粘貼后通過(guò)保壓一定時(shí)間可以明顯提升其初粘性，實(shí)驗(yàn)證明，壓緊60s與壓緊30s相比，對(duì)于初粘性影響在10%左右。并且通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)證明，在保證粘接質(zhì)量前提下，壓緊時(shí)間可以選擇30s，保壓壓力盡量選擇所能提供氣源壓力的相對(duì)最大值。

2.5壓敏膠粘貼面板組件長(zhǎng)期環(huán)境實(shí)驗(yàn)

為考查和衡量VHB壓敏膠用于實(shí)際生產(chǎn)粘貼后的可靠性，本研究選用基材為ABS和PMMA配合的面板組件分別在不保壓、保壓30s及60s下進(jìn)行長(zhǎng)期的環(huán)境試驗(yàn)，包括高溫潮態(tài)實(shí)驗(yàn)、高低溫沖擊實(shí)驗(yàn)、常溫靜態(tài)垂直懸掛和常溫靜態(tài)水平懸掛，試驗(yàn)結(jié)果均能滿足要求，如表2所示。

3結(jié)語(yǔ)

（1）VHB壓敏膠粘貼不同種基材的剝離強(qiáng)度大小依次為：PMMA>鋼板>HIPS≈ABS，這是由其材料的表面能所決定的，當(dāng)基材表面能越高，表面越容易被雙面膠潤(rùn)濕，即越易粘貼，剝離強(qiáng)度越大，反之則相反。靜置越長(zhǎng)，達(dá)到72h后的膠粘接力明顯提升。

（2）VHB壓敏膠粘貼后，通過(guò)保壓一定時(shí)間可以快速建立起剝離強(qiáng)度，起到提升其初粘性的效果，粘貼ABS、HIPS面板基材自制組件的剝離力隨著制作樣件的壓緊時(shí)間增加而逐漸增大，壓緊60s與壓緊30s相比，對(duì)于初粘性影響在10%左右;

（3）面板組件保壓30s和60s的剝離強(qiáng)度差異性不大且同樣都能滿足長(zhǎng)期可靠性環(huán)境實(shí)驗(yàn)要求，建議保持壓緊狀態(tài)30s。