基于背面燙金粘貼新工藝的可靠性研究

劉業(yè)文

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海519070）

0 引言

空調(diào)室內(nèi)機面板為滿足外觀多樣性需求，外觀開發(fā)傾向于背面燙金方式，以達到一種透明背面燙金新外觀。但受燙金工藝影響，燙金面無法使用卡扣結(jié)構(gòu)固定裝配，需采用粘貼方式固定。目前我司粘貼方式主要為雙面膠粘貼。雙面膠常用于塑料件與塑料件、塑料件與鈑金件等粘貼連接，粘貼面均不涉及燙金等二次處理，故在燙金的二次處理表面進行雙面膠粘貼為我司首創(chuàng)，識別為一種新的粘貼工藝。雙面膠粘貼前需涂底涂劑以提高零件表面的活性，提高雙面膠的初粘力。初步驗證底涂劑涂到燙金層會出現(xiàn)底涂劑腐蝕燙金層而導(dǎo)致龜裂問題，如圖1。

因此背面燙金件粘貼雙面膠不能涂底涂劑，故針對不使用底涂劑的雙面膠粘貼在燙金層的可靠性進行研究。

1 理論失效分析

1.1 雙面膠粘貼機理

圖1 燙金層涂底涂劑外觀龜裂

雙面膠對兩個零件間的粘貼主要靠雙面膠填充兩個零件表面的溝紋，對零件形成連接作用。雙面膠在適當緩慢的壓力作用下，產(chǎn)生近似液體的粘性流動，使雙面粘膠劑與被粘物表面接觸，并流入被粘物表面的坑洼溝槽中，增大有效接觸面積，從而產(chǎn)生一定粘合力。

1.2 燙金機理

燙金是以金屬箔通過熱壓轉(zhuǎn)印到印刷品或其他物品表面上，以增加裝飾效果的過程［1］。燙金紙最外層的PET層、剝離層燙金完后已脫落［2］。粘膠層與燙金零件緊密粘貼，故燙金零件表面為色層及電分解鋁層。燙金層與雙面膠粘貼直接接觸的是色層，主要作用是對燙金外觀進行著色，若為金色外觀，則色層為金色染料，若為銀色外觀，則為電化鋁層本色，無色層著色。本次主要為金色外觀，故主要對色層及電分解鋁層進行粘貼可靠性研究。

1.3 反應(yīng)機理

背面燙金件粘貼形式如圖2，燙金層附著在裝飾條上，另一面直接與雙面膠接觸。

圖2 燙金件與雙面膠粘貼形式

雙面膠成分：本次研究某雙面膠主要成分為丙烯酸膠 （分子式：CH2＝CH－COOH），主要官能團包含雙鍵、羧基。丙烯酸雙鍵可與溴水發(fā)生加成反應(yīng)，與酸性高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)、羧基主要與堿類發(fā)生中和反應(yīng)、與醇類發(fā)生脂化反應(yīng)。

燙金層成分：根據(jù)材料分析顯示，如圖3所示，根據(jù)紅外光譜2000cm－1以下的各吸收波峰可能代表官能團：725cm－1－雜芳環(huán)，869cm－1－苯環(huán)及稠芳烴，1017cm－1－羰酸酯 （飽和鏈狀），1100cm－1、1246cm－1－醚 （C－O－C），1717cm－1－酮／醛／羧基 （C＝O），2000cm－1以上無明顯的吸收波峰 （不涉及官能團或成分含量極少），雖無法具體明確燙金具體成分，但可知燙金成分具有的官能團。而有機化學(xué)反應(yīng)主要是發(fā)生在官能團上，故知道物質(zhì)具有何種官能團就知道該物質(zhì)會發(fā)生何種反應(yīng)。

由雙面膠丙烯酸反應(yīng)類型及燙金材料分析結(jié)果知，燙金層中未發(fā)現(xiàn)與雙面膠丙烯酸反應(yīng)的官能團，理論上不存在官能團化學(xué)反應(yīng)，實際是否會產(chǎn)生腐蝕仍需進一步分析驗證。

1.4 失效分析

背面燙金粘貼可能存在脫膠問題，脫膠具體表現(xiàn)為雙面膠與燙金層脫離、燙金層與裝飾條脫離、雙面膠與基板脫離，根據(jù)雙面膠粘貼機理及與燙金層反應(yīng)機理，失效形式對應(yīng)可能原因分析如圖4。

對于脫膠失效：

（1）燙金層表面能低：燙金層成分復(fù)雜不單一，表面能高低未知，若表面能低，表面難以潤濕，雙面膠粘貼難以獲得良好的粘接力，易脫膠，這一失效原因需采用試驗驗證。

（2）粘貼面積不足：根據(jù)粘貼機理，粘貼面板一般選取參數(shù)為55cm2／kg，即1kg的重物貼55cm2的膠，若無結(jié)構(gòu)保護則乘5倍以上保險系數(shù)，即275cm2／kg以上。背面燙金裝飾條重20g，則要求貼膠面積＝裝飾條重量×55×5＝20／1000×55×5＝5.5cm2，實際生產(chǎn)中使用10mm雙面膠粘貼整個裝飾條，實際粘貼面積＝雙面膠寬度×裝飾條長度 ＝ （10×732.8）／100＝73.3cm2＞5.5cm2，滿足要求，故可排除粘貼面積不足造成脫膠。

圖3 燙金層紅外圖譜

圖4 背面燙金粘貼失效分析樹圖

（3）高溫／低溫、濕度破壞粘接力：雙面膠主要成分為丙烯酸，在高溫、低溫或高濕度條件下，可能存在弱酸性物質(zhì)與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)［3］，從而破壞粘接力造成脫膠，這一失效原因需采用試驗驗證。

（4）燙金層附著力不足：燙金層附著在裝飾條上，若附著力不足，燙金層脫落，使裝飾條與基板分離，為保證粘膠可靠，試驗前必須進行附著力測試以排除燙金層附著力不足這一因素。

圖5 剪切力對比試驗圖

（5）雙面膠腐蝕到燙金粘膠層：雙面膠主要成分丙烯酸具有弱酸性，存在腐蝕燙金層的可能性，同樣需采用極限試驗驗證。

2 失效試驗驗證

2.1 失效原因試驗驗證

為確認背面燙金粘貼失效形式及原因，根據(jù)上述反應(yīng)機理分析參照國標GB／2792制定試驗方案如表1、表2。理論上，零件存在自身重力剪切作用，需驗證雙面膠粘貼剪切力是否滿足要求［4］。在燙金附著力合格情況下進行粘貼剪切力對比，表1剪切力對比試驗可見雙面膠粘貼在燙金層上的剪切力比粘貼在注塑白件上的偏小，即雙面膠粘貼在燙金層上比粘貼在注塑白件上存在更大的脫膠隱患，這一脫膠隱患需進一步確認。

表1 剪切力對比試驗

表2 溫濕度試驗

從表2溫濕度試驗可見，在高溫潮態(tài)、高低溫沖擊條件下均未發(fā)生異常現(xiàn)象，說明高溫、低溫、高濕度均不會破壞粘接力，雙面膠與燙金層未發(fā)生變色、龜裂等外觀異常。

綜上驗證，可以排除高溫、低溫、高濕度造成脫膠失效及雙面膠與燙金層反應(yīng)變色失效。雙面膠粘貼在燙金層上的剪切滑落距離偏大，需進一步確認是否會造成脫膠。

2.2 失效條件試驗驗證

從上述剪切力試驗可見，相對于粘貼在注塑白件上，粘貼在燙金層上的剪切距離偏大，為進一步確認受力情況下粘貼在燙金層上的可靠性，根據(jù)樣件實際環(huán)境及受力方向，按表3的試驗方法進行試驗，從試驗結(jié)果可知，雙面膠粘貼在燙金層上滿足粘貼可靠性技術(shù)要求。

圖6 高溫潮態(tài)試驗圖

圖7 高低溫沖擊試驗圖

表3 懸掛試驗

3 結(jié)論

從驗證可知，涂底涂粘貼雙面膠時出現(xiàn)燙金層腐蝕龜裂問題，不涂底涂未出現(xiàn)異常，故燙金表面粘貼雙面膠不能涂底涂劑，針對不涂底涂劑粘貼雙面膠進行機理分析及試驗驗證，得出以下結(jié)論：

（1）從材料成分分析可知，燙金層中未發(fā)現(xiàn)有可與雙面膠丙烯酸反應(yīng)的化學(xué)官能團，不存在與丙烯酸發(fā)生官能團反應(yīng)物質(zhì)，理論上燙金層與雙面膠不會發(fā)生官能團反應(yīng)，試驗驗證也證實未發(fā)生反應(yīng)現(xiàn)象；

（2）從剪切力試驗可知，在燙金附著力合格的情況下，雙面膠粘貼在注塑白件與雙面膠粘貼在燙金面上剪切力均合格且相差不大，雙面膠粘貼在燙金層上試驗均滿足粘貼可靠性要求。

綜上，背面燙金粘貼新工藝經(jīng)驗證滿足粘貼生產(chǎn)可靠性要求，背面燙金粘貼新工藝滿足新產(chǎn)品開發(fā)需求。