基于DOE的可穿戴產品布料粘貼材料的設計優化

耐普羅公司（上海） 王德瑜

1 引言

可穿戴設備是近年來快速興起的一類產品，涵蓋醫療保健領域，各種電子器件及傳感器被集成在產品中用于偵測使用者的行為舉止，健康狀態，提供數據反饋和保健醫療的作用。其中一類產品形態是將電器控制模塊集成在布料中，整個產品穿戴在使用者身上，例如測量心率的心率帶，保健醫療的腰帶，智能服裝，智能多功能書包等。

2 產品問題介紹

本公司設計的一款可穿戴產品需要將布料粘貼在電氣控制盒上，控制盒的材料為PC/ABS塑料。初始設計采用的是9472LE雙面膠，無孔洞設計，雙面膠先粘貼在布料上，再粘貼在控制盒上。將產品放置在壓燙機上加溫加壓一段時間，以保證布料和控制盒表面粘貼良好，有好的剝離力，防止使用者使用一段時間后布料和控制盒分離。試產中發現產品邊緣溢膠（圖1所示），中間有氣泡（圖2所示），嚴重影響外觀，剝離力欠佳。

問題缺陷如圖1-2所示。

3 DOE實驗設計

為解決新品試產中發現的問題，引入了DOE實驗設計的概念，以分析設計改進的方案是否滿足生產需要。

3.1 實驗目的

比較9472LE和9495LE對溢膠和生產方便性的作用，是否可以用9495LE替代9472LE。

確認不同的壓燙機設備參數（時間/壓力/溫度）對雙面膠粘貼力的影響。

確認在雙面膠上開孔對粘貼表面氣泡產生率以及對剝離力的影響（圖3所示）。

確認雙面膠粘貼順序對雙面膠剝離力，溢膠和氣泡的影響。

圖1 邊緣溢膠

圖2 中間有氣泡

圖3

3.2 實驗設置

采用6因子2水平方案；32組測試數據采集；基于180度剝離力測試方法（ASTM D903）分析剝離力的影響；同時監控氣泡和溢膠狀況；

設計：分雙面膠上開孔和不開孔兩種狀態

壓合時間：選擇壓合時間15秒和30秒

壓力：選擇壓合壓力0.5MPa和0.7MPa

材料：采用9472LE和9495LE兩種

溫度：選擇壓合溫度20度和50度

制程順序：雙面膠先粘貼在布料上和先粘貼在殼體上兩種

實驗參數如圖4所示。

圖4 實驗參數圖

3.3 實驗結果

從Pareto圖（圖5所示）的結果可以看出對于剝離力的主要影響因子為：a.材料，b.材料和制程，c.溫度和d.制程，雙面膠是否有孔（設計），壓燙機的時間和壓力作用不顯著。

圖5 Pareto圖

從剝離力的主效應圖（圖6所示）可以看出如下幾點：

用9495LE替代9472LE可以提供更高的剝離力，這是最有效的因子。

更高的溫度可以提高剝離力。

雙面膠貼合在布料上比貼合在控制盒上剝離力會更大。但實際生產作業中，雙面膠貼合在布料上的位置控制非常難，而導致偏斜和溢膠。

圖6 從剝離力的主效應圖

3.4 溢膠問題

材料選擇對溢膠的影響：9472LE溢膠占75%（12/16），9495LE溢膠占31%（5/16）；

制程對以及溢膠的影響：雙面膠粘貼在布料上溢膠占69%（11/16），粘貼在殼體上溢膠占31%（5/16）；

嚴重溢膠情況僅出現在9472LE；9495LE應用中僅出現輕微溢膠情況；

3.5 氣泡問題

總共22%（7/32）的樣品有氣泡產生。其中31%（5/16）為無孔洞設計，13%（2/16）為有開孔設計。開孔設計可以明顯減少氣泡的產生，不能完全解決，需要裝配制程中進一步控制。

3.6 最終采用方案

材料選擇：9495LE能夠提供強于9472LE的剝離力，粘貼操作容易，同時溢膠情況減少。選擇9495LE替代9472LE。

設計方面：有孔洞設計有利于減少氣泡的產生。采用有孔洞設計方案。

制程方面：雙面膠粘貼在布料上可以提高剝離力，但容易偏位不利于溢膠的解決，而粘貼在殼體上位置控制容易可以減少溢膠。綜合考慮采用粘貼在殼體上。

溫度選擇：提高溫度對剝離力有幫助，采用50度設置。

時間設置：時間對剝離力的影響不顯著，考慮到產線的效率，保持15秒設置。

壓力設置：壓力對剝離力的影響不顯著，保持原0.5MPa設置。

4 結語

本文的最終方案可供相關產品應用的工程人員參考借鑒。

在穿戴產品的設計中，布料和控制盒殼體的粘貼問題是一個綜合的問題，應該先從產品設計的角度優化方案，再對生產中使用的設備進行參數優化設定，最后才是對生產線作業制程人為控制。

結構設計是以經驗積累為基礎的，通過DOE實驗設計方法可進一步有效優化提高研發設計的質量和加快開發定型速度，進而也從數據的角度證明了設計的正確和可靠。