工業搭扣的粘接工藝深化研究

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

隨著車輛輕量化材料的應用，新型的連接方式也隨著越來越多，軌道車輛內飾件采用大量的工業搭扣連接方式進行固定連接，取消傳統性的螺栓連接，在強度滿足設計要求的前提下，大大提升了車輛的美觀以及客戶的滿意度。

工業搭扣作為車輛中使用最多的材料，其粘接性能對整車內飾件的固定質量尤為突出，前期反饋較多的側墻等內飾件出現較多的松動連接問題，反映出工業搭扣的粘接質量需要進一步優化提升。本文從工業搭扣的粘接表面固化機理等基礎研究出發，對其粘接性能進行分析，并從根本優化其粘接強度，確保提升整車車輛的質量。

1 結構特點

1.1 工業搭扣結構

工業搭扣基本結構分為三部分，即離型紙、背面壓敏膠、蘑菇頭(見圖1)。通過壓敏膠粘接至兩種基材表面，通過相互積壓蘑菇頭形成嵌入式機械鎖緊結構，從而達到不同基材之間的連接作用。連接強度的主要因素即為壓敏膠的粘接強度。

圖1 工業搭扣結構圖

1.2 壓敏膠固化機理

壓敏膠按照組成分類分為丙烯酸壓敏膠、橡膠壓敏膠、硅類壓敏膠(見圖2)，其結構固化機理即為在短暫時間內通過壓力將壓敏膠粘接至基材表面，快速揮發溶劑，通過壓敏膠的內部分子鏈進入基材表面，通過化學鍵、物理鍵等分子粘接力牢牢粘接至基材表面，如圖3所示。

圖2 壓敏膠分類

圖3 粘接的基材表面

壓敏膠的結構特點為快速固化、強度隨時間的延長越來越大。

良好的基材潤濕、以及有效的表面處理方式成為壓敏膠粘接成敗的關鍵所在。

1.3 粘接失效分析

前段時間售后以及車輛大量反饋車輛側墻板經常存在松動現象，通過結構分析以及施工過程發現存在較多的問題。

1.3.1 基材表面狀態不一

粘接基材為陽極氧化的鋁合金、環氧底漆的鋁合金，其施工處理的背面粗糙度不理想。導致無法達到良好的粘接潤濕效果，從而粘接效果失效。

1.3.2 表面處理方式錯誤

表面處理方式無打磨、無處理劑處理，工業搭扣的壓敏膠無法深入基材表面，無法形成良好的粘接效果。

1.4 優化性能方案

從粘接失效的原因分析，采用粗糙度均勻的砂紙進行打磨可以有效改良基材表面的粗糙度，尋求一種與工業搭扣兼容性強的表面處理劑可以大大增加基材表面的粘接活性，從而提升搭扣的粘接質量。

2 優化方案驗證

1)驗證項點：海綿刷與普通刷子涂抹底涂后的粘接質量。

使用打磨砂紙打磨基材表面，并使用無紡布蘸取異丙醇清潔兩快鋁合金基材表面，等待5 min揮發，并編號①、②；分別使用海綿刷與普通刷子對①、②號基材各刷配套底涂，并同時等待5 min揮發；將工業搭扣粘接至基材上，并用手對表面進行摁壓，等待5 min固化；撕除工業搭扣，檢查基材表面的粘接質量，如圖4所示。

圖4 普通毛刷(圖左)和海綿刷(圖右)

驗證結果：使用海綿刷的粘接效果良好，普通刷子的效果不理想。

2)驗證項點:配套底涂對于玻璃鋼、鋁合金等不同基材的粘接質量。

使用打磨砂紙打磨基材表面，并使用無紡布蘸取異丙醇清潔兩塊鋁合金基材表面與2塊玻璃鋼，等待5 min揮發，并編號③④；分別使用海綿刷對③④號基材各刷配套底涂，并同時等待5 min揮發；將工業搭扣粘接至基材上，并用手對表面進行摁壓，等待5 min固化；撕除工業搭扣，檢查基材表面的粘接質量，如圖5(a)、圖5(b)所示。

(a)玻璃鋼粘接搭扣 (b)鋁合金粘接搭扣

樣件驗證結果：玻璃鋼、鋁合金經配套底涂處理后的工業搭扣粘接質量良好。

3)驗證項點3：配套底涂揮發、固化的最佳時間。

使用打磨砂紙打磨基材表面，并使用無紡布蘸取異丙醇清潔5塊玻璃鋼，分別等待5 min揮發，并依次編號；分別使用海綿刷對所有基材各刷2條配套底涂，并分別等待1～10 min固化；將工業搭扣粘接至基材上，并用手對表面進行摁壓，等待5 min 固化；撕除工業搭扣，檢查基材表面的粘接質量，如圖6所示。

圖6 分別等待1～10 min固化

樣件驗證結果：配套底涂刷涂后固化4-6 min的粘接質量最佳。

4)驗證項點4：對比是否使用底涂劑(及工業搭扣的)對粘接質量的影響。

使用打磨砂紙打磨基材表面，并使用無紡布蘸取異丙醇清潔2塊鋁合金，分別等待5 min揮發，并編號⑤、⑥；對編號⑤使用海綿刷刷抹底涂至基材，編號⑥不做底涂處理；將工業搭扣分別粘接至兩個基材上，并用手對表面進行摁壓，等待5 min固化；撕除工業搭扣，檢查基材表面的粘接質量，如圖7所示。

(a)有底涂 (b)無底涂

樣件驗證結果：使用配套底涂處理后的基材表面粘接工業搭扣的強度更好。

3 結語

工業搭扣的最佳粘接工藝流程為：使用打磨砂紙對基材表面進行簡單打磨，再使用異丙醇對粘接的基材進行清潔并等待5 min揮發，使用海綿刷蘸取配套底涂涂抹一層至需要粘接的基材上(玻璃鋼、鋁合金)并等待4～6 min揮發，然后將工業搭扣粘接至基材表面并進行摁壓平整即可。