真空吸附.docx

1引言在过去的5 年间，我国的汽车产量平均增长了24%。2006 年全国的汽车销售量达到700万辆1；2007 年中国汽车销售达到879.15 万辆、生产888.24 万辆，同比增长22.02%；2008年中国汽车生产934.5 万辆，同比增长5.2%，2009 年中国汽车生产更是突破千万大关，达1364.5 万辆，同比增长4.6%。汽车工业具有明显的技术密集、资金密集、综合性能及附加值高、经济效益好的特点，围绕汽车生产的发展可以带动大量零部件生产企业以及原材料工业的发展，也带动了汽车内饰加工业的飞速发展。真空吸附是汽车内饰件的重要生产方法之一，凯旋的车门内饰板就是这样生产的，车门内饰板的基材是PP 材料，基材起骨架支撑作用，表皮为聚氯乙烯(PVC)压延膜，将表皮真空吸附到基材上。在实际生产中由于材料、工艺、环境等因素影响，产品会产生开胶、表皮破裂、褶皱、气泡等缺陷等质量问题。在此针对上述质量问题的产生原因提出相应解决方法。2工艺分析真空吸复过程的主要影响因素有胶水活化温度、表皮温度、真空压力、保压冷却时间4个参数。2.1 胶水活化温度胶 水 的 粘 接 性 能 直 接 影响到粘结效果的好坏，在此选用的是西卡9539 胶水（SIKA9539）。将车门内饰板基材(PP 材料)通过火焰处理，使其表面张力达38 达因以上，再将西卡胶均匀喷涂在基材上，使胶水成点状分布（见图1）。根据胶水活化温度图（见图2），可知胶水活化温度在70，即西卡胶水在70时粘接力最好【2】。2.2 表皮温度PVC 表皮温度是整个真空吸附过程的关键因素。PVC 表皮的适宜温度是由聚氯乙烯压延膜的性质和粘接剂的性质共同决定的。由PVC 表皮性质可知PVC 表皮的烘烤温度不能太高，高于160，PVC 表皮会发生分解，产生刺激性气味；也不能太低，太低则PVC 表皮不会有足够的软化变形，达不到成型要求，合理的加热温度应该接近它的塑化温度。但不超过塑化温度。此外，由于PVC 表皮的热稳定性较差，要在烘烤中让PVC 表皮以较快的速度达到变形温度， 在较短的时间内成型、冷却，对PVC 表皮保持其原有的特性有好处3。2.3 真空压力真空压力越大PVC 表皮与PP 基材的粘接效果越好，目前的真空泵很容易提供负压为0. 09 MPa 以上的真空度，但由于连续生产过程的不连续性真空度会有很大波动，经验值是真空度不小于负压为0. 08 MPa，且采用两个真空泵抽真空（见图3），且增加真空罐进行储气，以减小连续生产时真空度的波动。2.4 保压冷却时间PVC 表皮与PP 基材粘接需在一定压力下保持一段时间后才能有较高的初始粘接力，因此真空吸附必须经过保压冷却才能出模。由于此过程是在模具上完成的，保压冷却时间过长就会影响生产效率，过短又会影响粘接效果，易产生表皮与基材分离的缺陷4。3 缺陷分析3.1 开胶开胶是真空吸附常见的缺陷之一，PVC 表皮与PP 基材在真空吸附后，PVC 表皮的内应力在冷却保压时间内释放不足，在存放和使用中有收缩的趋向，在拉伸变形较大的凹陷区收缩应力拉脱粘接界面形成开胶缺陷。开胶缺陷产生的原因主要为火焰处理不好基材 PP 是一种广泛使用的聚合物，PVC 表皮通过西卡胶水与之粘结。PP 价格低廉,耐腐蚀，具有高的比强度。它是一种半结晶结构，且其中的晶体通常为球形。通过原子力显微镜测量，PP 塑料表面粗糙度一般在715nm 之间。火焰处理技术利用高温（1000以上）气体火焰，使空气中的粒子离子化。其中等离子体中的高能粒子(尤其是电子)撞击材料表面引起塑料表面的刻蚀，再加上等离子体处理后产生的自由基和杂质的迁移造成表面结晶成分的生长，使得材料表面粗糙度变大（一般大于40nm），增加材料表面吸附力。此外，通过介质阻挡放电产生的空气等离子体中含有的大量的高能粒子(如电子、中子等)和活性基团，如N2、N+、OH 和HO2 等。其中，电子由于质量小在电场中具有很高的速度,对打断高聚物分子链，产生断键具有重要作用。通常，介质阻挡放电中电子的平均能量大于聚丙烯中的C-C键和C-H 键的键能，因此,高能电子能断开聚丙烯分子键，在表面产生不饱和键。这些不饱和键除了与等离子体中的活性基团发生各种化学反应外,还会在处理后的一段时间内吸附空气中的氧和水。这些都会在聚合物表面生成各种含氧的极性亲水基团,如羧基、羟基等，从而大大增加了材料表面张力，使PVC 表皮更牢固的粘结在基材PP 上。因为 PP 为非极性材料，吸附力很差，所以必须进行火焰处理，且要用达因笔进行测试，使其表面张力达38 达因以上（见图4、图5）。若表面张力低于38 达因，则很容易产生开胶缺陷。3.2 表皮破裂表皮破裂即在真空吸附过程中，PVC 表皮突然破裂的情况，会造成零件的报废及生产中断，设备会由于真空负压的突然消失而出现锁死。其原因主要有2 个，其一：模具温度过高；其二：PVC 表皮加热不均匀3.2.1 模具温度过高表皮破裂的原因之一是模具温度过高，通过热传导使基板的温度过高，尖角处烫伤了PVC 表皮，在真空吸附的负压作用下，内应力不断增大，最终在尖角周围的内应力作用下拉破表皮，这种破口一般较大且收缩成圆形，拉伸较大的一侧，多伴随粘接不良。这种缺陷可以通过调节模具温度，从而降低基板的温度得以解决。3.2.2 PVC 表皮加热不均匀表皮破裂的另一个原因是PVC 表皮加热不均匀。PVC 表皮加热为石英管加热，且为多块石英管拼装而成，在加热时，由于PVC 表皮在预吹时凸起部距热源较近，加热最为充分，温度会高于其他地区，因此使用这种加热箱时，必须调整好加热时基材的摆放位置，调整好PVC 表皮对应各处适应加热管热传感器的温度【5】。3.3 气泡气泡缺陷，即PVC 表皮与PP 基材局部未贴合，导致空气夹杂其中。产生气泡的原因较多，主要有局部火焰处理不良、胶水未达活化温度、真空吸附力不够、PVC 未充分预拉伸等原因造成。3.3.1 局部火焰处理不良局部火焰处理不良，因为PP 基材门内饰板形状较为复杂，为曲面造型且沟槽较多，在火焰处理调整其表面张力时，局部凹陷部位或沟槽部位火焰处理的不够，致使局部表面张力未达到38 达因，从而粘结力较差导致真空吸附后气泡产生。3.3.2 胶水未达活化温度胶水未达活化温度或超过活化温度，胶水活化温度为70，依据胶水活化曲线可以看出胶水温度低于65或高于75时，其活性都明显不足，所以当温度不合适时，其粘结力不足，从而容易导致气泡缺陷产生。3.3.3 真空吸附力不够真空吸附力不够，在一个吸附循环中，真空负压产生的力相当重要【6】，当漏气或PP 基材上的真空孔不够多时都会导致真空负压达不到0.09MPa，从而即使胶水达到活化温度，但贴合力度不够，导致气泡缺陷产生。3.3.4 PVC 表皮未充分预拉伸PVC 表皮未充分预拉伸，PVC 表皮预拉伸的目的即在于使PVC 表皮拉伸到弹性变形转向塑性变形的临界点，若PVC 表皮未充分预拉伸，在真空吸附的一个循环完成后，PVC 表皮内部残存的张紧力会渐渐释放，在胶水还未完全干时，导致PVC 表皮与PP 基材的分离，从而导致气泡产生。3.4 褶皱褶皱缺陷，即PVC 表皮在吸附到PP 基材上时，PVC 表皮有重叠的部分，造成这种缺陷的原因主要有预吹气泡过大、PVC 加热不均匀所导致。3.4.1 预吹气泡过大预吹即使PVC 表皮预拉伸的方法，将PVC 表皮及模具组合成密闭空腔，向该空腔内注入一定压力的热空气，使PVC 表皮拉伸到弹性变形转向塑性变形的临界点，若预吹的气泡过大或加热时间过长，则可能导致PVC 表皮完全处于塑性变形状态，不具有任何弹性，不具弹性的PVC 表皮很难完全贴合在形状复杂的PP 基材上，从而导致褶皱缺陷的出现。3.4.2 PVC 表皮加热不均匀PVC 表皮加热不均匀是造成褶皱缺陷的另一个原因，其本质是因为在预吹过后，PVC 表皮与加热板的距离有所不同，导致离加热板近的PVC 表皮加热充分，这部分表皮已经达到塑性变形阶段，其延展性有所丧失，而距离加热板较远的PVC 表皮还处于弹性变形阶段，延展性良好。当真空吸附后，PVC 表皮与PP 基材贴合，离加热板较近区域的PVC