用于粘貼ABS/HIPS/PMMA的壓敏膠粘貼性能研究

郭斌 吳居良 程昆鵬 周子榮

摘要：在不同條件下采用壓敏膠粘貼多種基材ABS/HIPS/PMMA/指定鋼板的90°剝離強度及長期可靠性進行環境實驗研究。結果表明，壓敏膠對PMMA的粘貼性能相對最優，鋼板次之，粘貼ABS和HIPS的性能相對最差且2者幾乎接近;壓敏膠剝離強度隨著保壓時間、保壓壓力的增加而增大，對某種粘貼面板組件工藝參數進行控制驗證，壓緊30s比壓緊60s的剝離強度僅降低10%左右，且同樣滿足長期可靠性環境試驗;為達到較佳的粘貼性能，建議在面板粘貼壓敏膠時，可選擇保壓時間為30s，保壓壓力盡量選擇氣源壓力的相對最大值。

關鍵詞：壓敏膠;剝離強度;長期可靠性環境實驗;粘貼性能

中圖分類號：TQ436⁺.3文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0065-04

壓敏膠帶又稱“膠粘帶”，是在其一面或兩面上涂有室溫下具有永久粘性的壓敏膠粘劑的產品，壓敏膠是具有壓力敏感特性的高分子聚合物，且只需施以一定壓力即可實現粘接，并可根據粘接面需求被加工成任何形狀，因此，被廣泛應用于工業、醫療、家電、電子、運輸和建筑等各大領域。

家電制造行業之所以使用壓敏膠，是因為其能將面板直接粘接到同尺寸的底板上，無需鉆孔、不留焊點以及永久粘接，完美地保證了面板的整體性，既能有效釋放應力，又能獲得完美的產品外觀，已成為家電外觀設計的新趨勢。壓敏膠的失效模式存在4種：基材破壞、基材與膠分離、膠失效和內聚力失效，其中任何一種失效模式都會影響粘接的可靠性。對于家電行業而言，壓敏膠應用較為廣泛的是在注塑組件上，膠的失效也是較難控制、較易發生的。壓敏膠在粘貼面板、底板等的施工過程中都需要在一定壓力下保壓一定時間，以便快速建立起粘貼強度、保證初粘性，滿足在預裝、運輸過程中不會脫落的要求。目前，壓緊時間、保壓壓力較佳工藝參數的選擇一直是研究壓敏膠粘貼過程控制中的一個難點，壓緊時間過短、保壓壓力過小則初粘性無法保證，易脫膠;壓緊時間過長、保壓壓力過大，浪費預裝工時，降低了預裝生產節拍效率。本研究選取某種空調面板組件進行貼膠實驗研究，分析其粘接性能，選取較佳粘膠施工控制工藝參數，使膠快速建立起剝離強度，提升初粘性，提前控制壓敏膠的失效模式。

1實驗部分

1.1主要原料

ABS/HIPS/PMMA/鋼板

（規格為250mm x 25mm x0.8mm），珠海格力電器股份有限公司;VHB壓敏膠（規格為15mmx1.1mm），3M公司。

1.2儀器與設備

INSTRON5569型剝離力試驗機，英斯特朗（上海）試驗設備貿易有限公司;壓緊設備，珠海格力電器股份有限公司;5kg型壓輥，江蘇呂氏機械制造有限公司;NK-100型指針式推拉力計，麥克斯測控設備廠。

1.3實驗樣件的制備

參考GB/T2792-1998《壓敏膠粘帶180°剝離強度實驗方法》標準，先對粘貼基材表面做預清潔處理，當完成貼膠后用壓輥或者壓緊設備保壓。

1.4性能測試

1.4.1剝離強度：按照GB/T2792-1998《壓敏膠粘帶180～剝離強度實驗方法》和標準進行90°剝離強度測試（每個樣件測3～5組并求取平均值）。

1.4.2長期環境性：按照珠海格力電器股份有限公司壓敏膠帶檢驗規范進行高溫潮態實驗、高低溫沖擊實驗、常溫靜態垂直懸掛實驗和常溫靜態水平懸掛實驗。

2結果與討論

2.1壓敏膠粘貼不同基材的剝離強度對比

圖1為被正常剝離所制備的樣件，VHB壓敏膠粘貼不同基材的的剝離強度如圖2所示。由圖2可知：VHB壓敏膠粘貼不同種基材的剝離強度是不同的，其中PMMA>鋼板>HIPS≈ABS，這是由其材料的表面能所決定的。當基材表面能越高，表面越容易被雙面膠潤濕，即越易粘貼，剝離強度越大;反之表面越難潤濕，即越難粘貼，剝離強度較小，甚至無法粘貼。如表1、圖3就反映了不同材料的表面能關系;靜置72h的剝離強度（終粘力）均大于企標狀態下的剝離強度。分析原因是，靜置72h后的壓敏膠通過自身流動性，使膠粘劑更多地滲透進被粘樣件的表面，與之發生充分潤濕，增大了分子間的作用力，從而提升了膠的粘接力;在A狀態下，ABS、HIPS和指定鋼板的剝離力可達到終粘力的81.78%、93.86%和86.74%。（A狀態是粘膠后用5kg壓滾在測試樣品上勻速滾動，速度為30s一個回合，滾動5個回合后測其剝離強度;B狀態是粘膠后靜置72h測其剝離強度）。

2.2保壓時間對壓敏膠剝離強度的影響

理論上只要雙面膠粘貼后靜置72h以上都可以達到最終粘接力，在0.3MPa壓力下，HIPS材料在不同壓緊時間的剝離強度如圖4所示。由圖4可知：在模擬實際生產環境中，在壓力為0.3MPa下，壓敏膠的剝離強度隨壓緊時間增大呈現出逐漸增大的趨勢。分析原因是，隨著保壓時間的增加，壓敏膠的膠粘劑分子通過自身的流動性，使膠粘劑分子更多地滲進被粘物表面，并與之發生充分潤濕，增大了分子間的作用力，提升了黏合力。

2.3保壓壓力對壓敏膠剝離強度的影響

在30s壓緊時間下，HIPS材料在不同保壓壓力中的剝離強度如圖5所示。由圖5可知：保持保壓時間30s不變，壓敏膠的剝離強度同樣隨保壓壓力增加而增大。分析原因是，隨著保壓壓力的增加，膠粘劑分子潤濕粘接表面能力增強，從而黏合力增大。

2.4壓敏膠粘貼面板基材組件的剝離強度對比

由于受面板體積較大、剝離夾具較難選取以及實驗過程較難控制等因素限制，目前，國內外尚無做過類似面板體這樣大體積的剝離強度實驗。本研究僅嘗試過粘貼導風板組件用拉力計進行剝離拉膠實驗，在150N的作用力下仍未脫落開膠。因此根據實際情況，自制實驗樣件可以滿足實驗需求，如圖6所示。

ABS/HIPS組件在不同壓緊時間下對應的剝離力如圖7所示。由圖7可知：VHB壓敏膠粘貼ABS、HIPS自制組件的剝離力隨制作樣件的壓緊時間增加而逐漸增大。ABS樣件壓緊72h后的剝離力可達44.25N，壓緊60s時的剝離力（29.42N）比壓緊30s時的剝離力（26.92N）增加9.29%，比不壓緊時的剝離力（20.42N）增加44.07%;HIPS樣件壓緊72h后的剝離力可達47.88N，壓緊60s時的剝離力（23.25N）比壓緊30s時的剝離力（20.83N）增加11.62%，比不壓緊時的剝離力（16.25N）增加43.08%。由此說明，壓敏膠粘貼后通過保壓一定時間可以明顯提升其初粘性，實驗證明，壓緊60s與壓緊30s相比，對于初粘性影響在10%左右。并且通過實際生產證明，在保證粘接質量前提下，壓緊時間可以選擇30s，保壓壓力盡量選擇所能提供氣源壓力的相對最大值。

2.5壓敏膠粘貼面板組件長期環境實驗

為考查和衡量VHB壓敏膠用于實際生產粘貼后的可靠性，本研究選用基材為ABS和PMMA配合的面板組件分別在不保壓、保壓30s及60s下進行長期的環境試驗，包括高溫潮態實驗、高低溫沖擊實驗、常溫靜態垂直懸掛和常溫靜態水平懸掛，試驗結果均能滿足要求，如表2所示。

3結語

（1）VHB壓敏膠粘貼不同種基材的剝離強度大小依次為：PMMA>鋼板>HIPS≈ABS，這是由其材料的表面能所決定的，當基材表面能越高，表面越容易被雙面膠潤濕，即越易粘貼，剝離強度越大，反之則相反。靜置越長，達到72h后的膠粘接力明顯提升。

（2）VHB壓敏膠粘貼后，通過保壓一定時間可以快速建立起剝離強度，起到提升其初粘性的效果，粘貼ABS、HIPS面板基材自制組件的剝離力隨著制作樣件的壓緊時間增加而逐漸增大，壓緊60s與壓緊30s相比，對于初粘性影響在10%左右;

（3）面板組件保壓30s和60s的剝離強度差異性不大且同樣都能滿足長期可靠性環境實驗要求，建議保持壓緊狀態30s。