關(guān)于IMG-L真空包覆儀表板高溫起泡的解決方案

王志兵 陳典漢

摘要：以某車(chē)型真空成型包覆儀表板為研究對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)分析，指出儀表板受到100 ℃以上高溫，持續(xù)30 min，可發(fā)生起泡不良，整車(chē)經(jīng)暴曬，可達(dá)到該觸發(fā)條件。對(duì)策著重研究增強(qiáng)膠水與骨架貼合強(qiáng)度的方向。經(jīng)研究，可通過(guò)調(diào)整模具間隙、增強(qiáng)骨架排氣性、增大骨架粗糙度方法增強(qiáng)貼合強(qiáng)度，達(dá)到解決起泡問(wèn)題的目的。同時(shí)指出增加烘爐以100 ℃×30 min作為質(zhì)檢工序，可有效防止起泡不良品流出生產(chǎn)工序，為解決真空成型包覆工藝起泡難點(diǎn)課題提供參考。

關(guān)鍵詞：IMG-L 真空包覆儀表板 高溫 起泡 熱熔膠

中圖分類(lèi)號(hào)：U463? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20220206

Abstract： With the vacuum formed and coated instrument panel of a vehicle as the research object， this article， through experimental analysis， indicated that the instrument panel blistered， and triggered the blistering condition after the vehicle was exposed to a high temperature of more than 100 ℃ for 30 minutes continuously. The research focused on enhancing the bonding strength of glue and skeleton as countermeasure. Through research， the bonding strength can be enhanced by adjusting the mold gap， enhancing the exhaust property of the skeleton， and increasing the roughness of the skeleton， so as to eliminate blistering. The article also pointed out that adding the oven with temperature of 100 ℃ for 30 min as a quality control procedure can effectively prevent the blistering and defective products from flowing out of the production line， and provide a reference for solving the problem of blistering in the vacuum forming coating process.

Key words： IMG-L， Vacuum coated instrument panel， High temperature， Blister， Hot melt adhesive

1 前言

真空覆合表皮工藝是一種應(yīng)用廣泛的汽車(chē)內(nèi)飾表皮成型工藝[1]。

起泡是真空成型包覆工藝的難點(diǎn)課題，汽車(chē)市場(chǎng)上有大量相關(guān)投訴案例，給用戶(hù)帶來(lái)不好體驗(yàn)，影響品牌信譽(yù)。另外，儀表板是重要的安全零件，起泡影響氣囊爆破效果，帶來(lái)安全隱患。因此解決起泡問(wèn)題，對(duì)真空成型工藝更好應(yīng)用、提高用戶(hù)體驗(yàn)感具有重要意義。

通過(guò)不良的現(xiàn)狀和試驗(yàn)分析，得知起泡的發(fā)生機(jī)理為高溫時(shí)膠水熔化，貼合強(qiáng)度降低，皮膜與骨架脫離形成起泡。

通過(guò)整車(chē)暴曬試驗(yàn)，即整車(chē)在某高溫試驗(yàn)基地夏季連續(xù)暴曬，獲得儀表臺(tái)溫度可高達(dá)100 ℃的試驗(yàn)數(shù)據(jù)?？蛻?hù)在使用過(guò)程中，經(jīng)過(guò)夏季高溫暴曬，極端情況下，儀表板會(huì)發(fā)生起泡。

根據(jù)發(fā)生機(jī)理，通常將提高熱熔膠的熔化溫度作為解決措施，但該措施會(huì)增加膠水成本，同時(shí)生產(chǎn)時(shí)需要加熱溫度更高，會(huì)增加相應(yīng)的生產(chǎn)能源費(fèi)用。因此研究通過(guò)不改變膠水的方法解決起泡更具有應(yīng)用意義。

本文研究了真空成型儀表板在高溫工況下起泡的驗(yàn)證條件、原因分析、對(duì)策方法，其中骨架增加磨砂紋理的措施是創(chuàng)新方案，為解決行業(yè)難點(diǎn)提供參考。

2 IMG-L儀表板真空成型工藝及起泡機(jī)理

2.1 IMG-L陰模真空包覆工藝

真空成型包覆工藝（IMG-L）是將具有一定彈性的皮膜通過(guò)真空模吸真空貼合在塑料骨架上，把成型紋理和骨架粘接一次完成。其生產(chǎn)流程如下：先對(duì)骨架和表皮進(jìn)行預(yù)加熱，然后將骨架安裝在真空模具的下模凸腔上，與受熱延展的表皮一起在鎳殼真空模中合模。接下來(lái)通過(guò)真空負(fù)壓使上模凹腔鎳殼上的預(yù)制皮紋轉(zhuǎn)印到表皮上，同時(shí)表皮的背膠與骨架因負(fù)壓和鎖模壓力而緊緊粘附，從而生產(chǎn)出有表皮包覆的儀表板部品，陰模真空成型工藝原理見(jiàn)圖1[2]。

2.2 真空復(fù)合成型儀表板起泡

儀表板起泡通常在常溫下不發(fā)生，而是出現(xiàn)在工況環(huán)境溫度較高的情形，如果質(zhì)量管控不嚴(yán)格，不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，消費(fèi)者使用一段時(shí)間后發(fā)生儀表板起泡，會(huì)影響顧客體驗(yàn)。如果起泡發(fā)生在氣囊位置，可能在氣囊爆破時(shí)產(chǎn)生異常，威脅乘客安全。如圖2所示為某品牌市場(chǎng)投訴不良圖片。

2.3 儀表板起泡再現(xiàn)情況

本研究以某車(chē)型儀表板為研究對(duì)象，起泡類(lèi)型為常溫狀態(tài)下無(wú)起泡，經(jīng)過(guò)嚴(yán)苛的高溫加熱后進(jìn)行檢查，表面起泡，起泡發(fā)生率30%，如圖3所示。

2.4 再現(xiàn)儀表板起泡的檢測(cè)方法

通過(guò)測(cè)試獲得了檢測(cè)溫度的設(shè)定值。經(jīng)過(guò)測(cè)試，某個(gè)車(chē)型儀表板在溫度為80 ℃時(shí)不起泡，提高溫度至100 ℃，保溫30 min后，儀表板起泡。

通過(guò)整車(chē)試驗(yàn)得出試驗(yàn)溫度為100 ℃，將整車(chē)放置在某試驗(yàn)基地，經(jīng)過(guò)夏季整車(chē)密閉暴曬后，對(duì)儀表板溫度測(cè)量和記錄。因?yàn)檐?chē)輛密閉空氣不流通，車(chē)內(nèi)熱量不易散發(fā)，導(dǎo)致熱量集聚，溫度升高，儀表板因?yàn)轱L(fēng)擋玻璃下接收大量的直射陽(yáng)光，是內(nèi)飾溫度最高的零部件。經(jīng)過(guò)測(cè)量，儀表板最高溫度達(dá)100 ℃，如圖4所示，暴曬后的儀表板溫度試紙記錄溫度為100 ℃。根據(jù)該數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)定該極端溫度作為檢測(cè)起泡的判斷溫度。

3 真空成型工藝儀表板高溫起泡機(jī)理

真空成型使用的膠水是熱熔膠水，成型后的產(chǎn)品在升高到一定溫度時(shí)，膠水開(kāi)始熔化，若此時(shí)無(wú)壓力試壓在皮膜上，膠水會(huì)脫離骨架形成起泡。如本文中儀表板成型后在常溫狀態(tài)下膠水是貼合骨架的，沒(méi)有發(fā)生起泡，高溫時(shí)膠水脫離骨架形成起泡，如圖5所示。

如圖6所示，鏟開(kāi)皮膜確認(rèn)起泡位置的膠水已脫離，驗(yàn)證了高溫起泡的機(jī)理。

顯微鏡觀看膠水與骨架是虛貼的，如圖7所示，導(dǎo)致貼合面積不足，貼合力不足。

增強(qiáng)粘接強(qiáng)度通常采用更換膠水的方法，提高苯乙烯含量增大對(duì)PP和PC材料的粘接強(qiáng)度[3]。

但更改膠水帶來(lái)成本上升、儀表板爆破試驗(yàn)增加，因此在不改變膠水的情況下，最大限度增大膠水與骨架的貼合面積，是本文的對(duì)策思路。

4 真空成型工藝儀表板高溫起泡試驗(yàn)及效果

4.1 起泡相關(guān)聯(lián)因素排查

在不改變膠水的前提下，主要從工藝參數(shù)、模具、骨架相關(guān)聯(lián)因素著手制定對(duì)策，相關(guān)聯(lián)因素如表1中所示。

4.2 起泡對(duì)策

4.2.1 工藝參數(shù)優(yōu)化及效果

對(duì)影響貼合的主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化：

a.成型真空吸力為-100 kPa，吸附時(shí)間延長(zhǎng)10～30 s；

b.成型時(shí)間延長(zhǎng)10 s；

c.下表皮溫度（膠水層）皮膜成型溫度提高10 ℃這是由于溫度越高，熱熔膠的流動(dòng)性越好，與塑料的粘接點(diǎn)越多，物理作用增強(qiáng)，剝離強(qiáng)度增大[4]，實(shí)測(cè)溫度為180～185 ℃；

d.骨架成型溫度提高至85 ℃，提高5 ℃。

效果確認(rèn)：無(wú)明顯變化，起泡發(fā)生率30%。

4.2.2 模具間隙調(diào)整

模具間隙對(duì)真空成型產(chǎn)品的品質(zhì)影響很大，間隙偏小，會(huì)造成排氣不良，皮膜壓縮過(guò)度產(chǎn)品發(fā)硬、孔印不良；間隙偏大會(huì)造成皮紋不清晰，貼合不牢固；因此，間隙偏大和偏小都有可能造成起泡不良。通過(guò)試驗(yàn)減小和增大間隙2種方向驗(yàn)證，間隙減小，起泡發(fā)生率50%；間隙增大0.6 mm，如圖8所示。

效果確認(rèn)：增大模具間隙，改善起泡發(fā)生，位置減少，起泡發(fā)生率減少至15%。

4.2.3 骨架排氣性提高

提高骨架排氣性，可以將皮膜包覆在骨架與膠水之間的微量氣體排出，從而增大膠水與骨架的貼合面積。主要方法是在骨架表面設(shè)計(jì)排氣紋理，形式有豎狀紋理、網(wǎng)格紋理，網(wǎng)格紋理排氣效果比豎狀紋理要好，在骨架模具脫模許可的情況下，盡量設(shè)計(jì)為網(wǎng)格紋理。按本文參考設(shè)計(jì)：槽深度140 μm，槽寬0.3～0.5 mm，如圖9所示。

另外，在骨架上同步設(shè)計(jì)抽氣孔，可以通過(guò)在包覆時(shí)抽真空，增加皮膜貼附力，同時(shí)有利于皮膜氣體排氣。按本文參考設(shè)計(jì)：孔徑Φ為1.0～1.5 mm，分布間距為30 mm×30 mm，如圖10所示。

效果確認(rèn)：通過(guò)增加骨架排氣性，皮膜與骨架虛接消除，如圖11所示，貼合度提高，起泡發(fā)生率從15%減少至5%，且發(fā)生的位置變小。

4.2.4 骨架與膠水貼合面積提高

在骨架貼合已達(dá)到比較理想的狀態(tài)下，不能完全消除起泡，對(duì)策中增加骨架粗糙度提高聯(lián)結(jié)面積狀態(tài)，如圖12所示。

根據(jù)上述對(duì)策，通過(guò)增加在骨架曬磨砂紋，紋理深度為50 μm，增加粗糙度，如圖13所示。

通過(guò)此對(duì)策，顯微鏡下顯示膠水與骨架的聯(lián)結(jié)面積增大，如圖14所示。實(shí)施該對(duì)策后，200件產(chǎn)品高溫加熱100 ℃、保溫30 min檢測(cè)，起泡發(fā)生率為0%，高溫起泡問(wèn)題得到解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)業(yè)內(nèi)多發(fā)的IMG-L真空包覆儀表板高溫起泡問(wèn)題，通過(guò)本文調(diào)試驗(yàn)證，得出主要結(jié)論如下。

a.高溫起泡的原因是在極端條件下，儀表板可以達(dá)到100 ℃高溫，熱熔膠在高溫狀態(tài)下重新熔化，貼合強(qiáng)度降低，脫膠形成起泡。

b.防止不良流出的質(zhì)檢條件：成型后的儀表板，放進(jìn)二次加熱檢查爐，加熱設(shè)置參考為100 ℃×30 min。

c.在提高膠水粘接強(qiáng)度的情況下，為解決儀表板高溫起泡問(wèn)題，可以通過(guò)增強(qiáng)貼合強(qiáng)度的對(duì)策思路解決此問(wèn)題。

d.通過(guò)本研究驗(yàn)證，增強(qiáng)貼合強(qiáng)度的方法是調(diào)整模具間隙、增加骨架的排氣性、增大骨架的粗糙度以最大限度地增加骨架與膠水的聯(lián)結(jié)面積，從而達(dá)到增大貼合強(qiáng)度，解決高溫起泡的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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