空調(diào)機(jī)用丙烯酸型壓敏膠粘性隨時(shí)間變化的可靠性研究

郭 艷 王妍麗 姚晶晶 郭玉紅

格力電器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

1 事件背景

H 空調(diào)公司生產(chǎn)過程中員工反饋：直接粘貼上的丙烯酸型壓敏膠會(huì)存在不粘現(xiàn)象,經(jīng)過氣壓后粘性增強(qiáng)。在同等實(shí)驗(yàn)條件下主要研究丙烯酸型壓敏膠是否隨時(shí)間越長(zhǎng)粘性越大,在空調(diào)產(chǎn)品中凡屬帶玻璃面板機(jī)型,其丙烯酸型壓敏膠的粘合力尤為重要,一旦出現(xiàn)粘性不強(qiáng),將導(dǎo)致空調(diào)上的面板直接脫落,存在安全隱患。

2 丙烯酸型壓敏膠粘結(jié)與破壞機(jī)理

2.1 粘接機(jī)理分析

丙烯酸型壓敏膠是一種自粘性物質(zhì),在較小的作用力下,就能形成比較牢固的粘結(jié)力。丙烯酸型壓敏膠必須滲入被粘物表面的空隙里,并排除其界面上吸附的空氣,才能產(chǎn)生粘接的作用。丙烯酸型壓敏膠粘劑與被粘物連續(xù)接觸的過程叫濕潤(rùn),要使粘結(jié)劑濕潤(rùn)固體表面,膠黏劑的表面張力應(yīng)小于固體的臨界表面張力,膠粘劑浸入固體表面的凹陷與空隙就形成良好的濕潤(rùn)。粘結(jié)力的主要來源是分子間作用力包括氫鍵力和范德華力。而丙烯酸型壓敏膠在兩個(gè)物體表面形成的粘結(jié)力主要是范德華力。在粘接表面形成后,粘接表面的結(jié)構(gòu)沒有被破壞。通常,在粘接過程中丙烯酸型壓敏膠對(duì)壓力是敏感的,而粘結(jié)面形成以后,丙烯酸型壓敏膠對(duì)壓力不敏感。

2.2 破壞機(jī)理分析

如下圖,在沒有經(jīng)過處理的樣品通常上面會(huì)留有雜質(zhì),從而形成“弱邊界層”,丙烯酸型壓敏膠都有著自己的粘度,在大多數(shù)情況下都需要固化,粘度隨著時(shí)間而迅速增大。因此,空隙底部不可能填滿,會(huì)留下空洞,導(dǎo)致界面的粘結(jié)產(chǎn)生空穴,而空學(xué)都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)。在施加相同的載荷時(shí),由于缺陷的存在,作用線不可能連續(xù),如果是必須連續(xù)化,就會(huì)在缺陷邊緣集中,增大作用強(qiáng)度。因此獲得良好濕潤(rùn)性的表面就是為了消除界面缺陷,是粘結(jié)強(qiáng)度盡可能的接近理論值。

圖1 粘結(jié)示意圖

3 丙烯酸型壓敏膠粘性隨時(shí)間變化的分析及驗(yàn)證

以上說明了丙烯酸型壓敏膠粘粘結(jié)與破壞機(jī)理,以下針對(duì)粘性隨時(shí)間的變化進(jìn)行驗(yàn)證與分析。

3.1 丙烯酸型壓敏膠粘合力試驗(yàn)方法

粘合力實(shí)驗(yàn)

對(duì)A、B、C三個(gè)廠家的丙烯酸型壓敏膠(規(guī)格15×1.1)按照不同時(shí)間進(jìn)行粘合試驗(yàn)力,具體試驗(yàn)方法為：

3.1.1 在溫度23℃±2℃,相對(duì)濕度50%±5%環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)工具：指定鋼板(規(guī)格250 mm×25 mm×0.8 mm)、拉力試驗(yàn)機(jī)、5 kg壓輥、砂紙P600、酒精、計(jì)時(shí)鐘,測(cè)試樣品規(guī)格：長(zhǎng)度50mm,寬度以膠實(shí)際寬度為準(zhǔn)。

3.2 丙烯酸型壓敏膠粘貼時(shí)間設(shè)定

將粘貼好的測(cè)試樣品在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下靜置,靜置時(shí)間分別為：開始、10min、20min、30min、1h、6h、12h、24h、48h、72h,在拉力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸測(cè)試,拉伸速度：50 mm/min。

3.3 丙烯酸型壓敏膠粘貼后粘合力分析

3.3.1 剪切粘合力數(shù)值。經(jīng)過不同時(shí)間段的測(cè)試,A、B、C三個(gè)廠家剪切粘合力測(cè)試數(shù)值具體如下

表1 各個(gè)廠家剪切粘合力測(cè)試數(shù)值(單位：N)

從上圖表格可以看出：剪切粘合力隨粘合后放置時(shí)間越長(zhǎng),剪切粘合力越大,且呈直線上升,到48H 趨于穩(wěn)定。粘合后粘結(jié)力隨著膠層的流動(dòng)性逐漸增強(qiáng),按壓后無放置時(shí)間,粘結(jié)力只有本來應(yīng)有粘結(jié)力的45%左右,30分鐘后,粘結(jié)力上升到本來粘結(jié)力的70%,48H 后粘結(jié)力才能實(shí)現(xiàn)基本穩(wěn)定。

3.4 丙烯酸型壓敏膠粘合原理

丙烯酸的粘合特性來自其組成成分中的有機(jī)高分子彈性體、增粘劑等的結(jié)構(gòu)特性。圖6表面,丙烯酸型壓敏膠與被粘表面接觸并被壓平整,獲得粘附效果的原理。圖6是丙烯酸型壓敏膠粘合強(qiáng)度與時(shí)間的的關(guān)系曲線,可以看出丙烯酸型壓敏膠粘合強(qiáng)度逐步達(dá)到最佳強(qiáng)度。

4 丙烯酸型壓敏膠粘性隨時(shí)間變化總結(jié)及意義

空調(diào)機(jī)用丙烯酸型壓敏膠若達(dá)到最佳貼合與很多因素有關(guān),比如：碾壓力、使用環(huán)境溫度、粘結(jié)時(shí)間等,結(jié)合上述數(shù)據(jù)在相同環(huán)境條件及滾壓壓力情況下可以得出：

丙烯酸型壓敏膠在操作環(huán)境溫度20℃-38℃,濕度在70%RH 以下,各個(gè)廠家丙烯酸型壓敏膠,30分鐘,粘結(jié)力上升到本來粘結(jié)力的70%,處于最高點(diǎn),48小時(shí)后基本達(dá)到穩(wěn)定;在空調(diào)實(shí)際使用中,丙烯酸型壓敏膠與注塑件粘帖后需放置一段時(shí)間后粘結(jié)效果最佳。