等離子處理技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

1、Openair等離子處理技術(shù)在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用作者：德國(guó)Plasmatreat公司 來(lái)源：AI汽車(chē)制造業(yè)在眾多的預(yù)處理方法中，常壓等離子工藝在汽車(chē)工業(yè)中顯示出了日益重要的作用。它不僅能夠?yàn)樗芰狭悴考峁O其潔凈的表面，而且還可以提高表面的粘附能力，在應(yīng)用多樣性方面幾乎不存在任何限制。和傳統(tǒng)的處理方法相比，其經(jīng)濟(jì)性更好，并且對(duì)環(huán)境絕對(duì)沒(méi)有任何負(fù)作用。 對(duì)于大多數(shù)塑料件的加工而言，為了確保塑料粘合面的粘合品質(zhì)及其承載性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，需要對(duì)材料表面進(jìn)行正確的預(yù)處理，這已成為塑料件加工過(guò)程中的關(guān)鍵一步。正因如此，一種被稱(chēng)為“Openair常壓等離子處理技術(shù)”的預(yù)處理工藝獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。 Ope

2、nair常壓等離子工藝使預(yù)處理工作更加簡(jiǎn)便、可靠，并且由于無(wú)需溶劑而更為環(huán)保。因此在汽車(chē)工業(yè)里，目前約有30多個(gè)不同的制程已經(jīng)采用了該工藝：從汽車(chē)擋風(fēng)玻璃粘合前預(yù)處理到汽車(chē)引擎控制器盒的封裝，從冷藏卡車(chē)?yán)洳刎浌竦慕Y(jié)構(gòu)粘合到汽車(chē)車(chē)身部件的粘合等，Openair常壓等離子工藝均顯示出了其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 圖1 等離子體產(chǎn)生的原理，通過(guò)放電給氣體施加更多的能量， 使物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子態(tài)Openair常壓等離子工藝基本原理等離子體是指物質(zhì)處于高能、非穩(wěn)定的一種狀態(tài)。通常，通過(guò)能量（比如加熱）輸入的方式，可以使物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)再到氣態(tài)。等離子體就是在這一過(guò)程中再進(jìn)一步，即通過(guò)放電將更多的能量注入物

3、質(zhì)中，電子獲得更多動(dòng)能后脫離其在原子中既有的軌道，從而產(chǎn)生自由電子、離子以及分子碎片，如圖1所示。然而，由于這種物質(zhì)狀態(tài)不穩(wěn)定，因此基本上不能在常壓下應(yīng)用。圖 2 根據(jù)噴嘴的幾何形狀，在最寬 50 mm 的處理范圍內(nèi)或者40 mm的處理距離內(nèi)都可獲得有效的等離子體（圖片來(lái)源于Plasmatreat 公司）迄今為止，只有獲得專(zhuān)利的Openair常壓等離子工藝開(kāi)創(chuàng)了這一新工藝應(yīng)用的可能性：通過(guò)采用等離子噴槍?zhuān)乖诔合庐a(chǎn)生的穩(wěn)定的等離子體能夠成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，甚至還可以實(shí)現(xiàn)“在線(xiàn)處理”。一般，導(dǎo)入到等離子噴槍中籍以產(chǎn)生等離子的僅僅是空氣和高電壓，當(dāng)然如果工藝需要也可以采用其它工藝氣體。根

4、據(jù)噴嘴的幾何形狀，可以在最大50 mm 寬度范圍內(nèi)或者40 mm 的距離范圍內(nèi)獲得有效的等離子體，如圖 2 所示。通常，所形成的等離子體束還有一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)，即電中性，這極大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域，并大大提升了操作便利性。發(fā)射出的等離子體溫度取決于電源和等離子體源的配置，可以在 3001500 之間變化，從而可以兼顧最佳處理效果和最高的處理效率。利用這種處理方式，在處理塑料表面時(shí)，典型的溫度變化范圍小于 20 。冷藏車(chē)貨柜的結(jié)構(gòu)粘合早在20世紀(jì) 90年代，隨著新一代車(chē)型的開(kāi)發(fā)，Schmitz Cargobull公司就已將電中性常壓等離子體的應(yīng)用擴(kuò)展到了一個(gè)新的領(lǐng)域。該公司計(jì)劃將結(jié)構(gòu)粘合作為冷卻貨

5、柜裝配的唯一方法，如圖 3所示。 圖 3在Schmitz Cargobull 公司，最近2年， Openair 等離子技術(shù)承擔(dān)了全部表面預(yù)處理工作（圖片來(lái)源于Schmitz Cargobull 公司）為實(shí)現(xiàn)這一加工要求所涉及到的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)門(mén)技術(shù)包括： 與粘合相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 專(zhuān)門(mén)的表面預(yù)處理和清潔技術(shù)； 自動(dòng)化涂膠技術(shù)； 過(guò)程監(jiān)控技術(shù)。隨著新車(chē)型投入實(shí)際量產(chǎn)，集成了結(jié)構(gòu)粘合技術(shù)的新裝配技術(shù)也得以完善。在此過(guò)程中， 該車(chē)型所有的表面預(yù)處理工作際遣捎昧薕penair常壓等離子技術(shù)來(lái)完成的。這種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的等離子處理裝置集成了最新的旋轉(zhuǎn)式等離子系統(tǒng)，從而使粘合前表面的整個(gè)預(yù)處理工作效率更高。塑料部件

6、的預(yù)處理為了節(jié)省重量，現(xiàn)在汽車(chē)車(chē)身部件不再只用鋼材或鋁材加工，而是越來(lái)越多地使用高性能的塑料材料，如圖 4所示。 圖 4 目前，汽車(chē)的車(chē)身部件已不再只是鋼板或鋁板，而是更多地采用了高性能塑料材料。借助常壓等離子預(yù)處理技術(shù)，已成功地將 SMC 或 PPO材料通過(guò)雙組分PU膠牢固地粘合在一起（圖片來(lái)源于Plasmatreat 公司）在裝配這些塑料汽車(chē)部件時(shí)，比如說(shuō)裝配內(nèi)擋泥板部件時(shí)，一般是在自動(dòng)化的拼裝生產(chǎn)線(xiàn)上將單個(gè)塑料零部件相互粘合在一起。眾所周知，為了使塑料能夠很好地粘合，塑料需要具備一定的表面張力，并且其表面張力要大于膠水的表面張力。然而，實(shí)際上絕大多數(shù)塑料材料的表面張力很低，因此，必須采用

7、合適的表面預(yù)處理技術(shù)來(lái)提高塑料的表面張力。采用常壓等離子預(yù)處理技術(shù)，可以對(duì)材料表面進(jìn)行徹底的清潔并同時(shí)進(jìn)行有效的活化。常壓等離子表面處理工藝可以替代傳統(tǒng)的 SMC 表面預(yù)處理方法，比如說(shuō)打磨或者丙酮清洗，這種工藝替代不僅可以簡(jiǎn)化工序，降低成本，而且還進(jìn)一步提高了粘結(jié)品質(zhì)。經(jīng)過(guò)處理后裝配而成的，由高性能熱塑性或熱固性材料制成的汽車(chē)零部件能夠滿(mǎn)足包括輕型結(jié)構(gòu)、被動(dòng)安全、機(jī)械性能等在內(nèi)的各項(xiàng)技術(shù)要求，而且還具有一流的表面加工質(zhì)量。目前已經(jīng)利用該技術(shù)成功地將 SMC 或 PPO材料 通過(guò)雙組分PU膠可靠地粘合在一起。表1詳細(xì)描述了SMC經(jīng)等離子處理后的表面能。Openair常壓等離子預(yù)處理技術(shù)既可用于

8、汽車(chē)部件的粘合前預(yù)處理，也可用于它們的表面涂裝前預(yù)處理，這一方面的成功案例甚至包括寶馬和勞斯萊斯這樣的高檔車(chē)型。雙組分注塑成型中的在線(xiàn)等離子技術(shù)功能性強(qiáng)、美觀(guān)而且手感好的塑料汽車(chē)內(nèi)飾部件的加工往往是一個(gè)繁瑣的過(guò)程，而且制造成本也很高。一般，零件的基材由剛性材料制成，比如 PP、PA 或ABS，而零件的表層需要使用柔性材料，比如真皮、合成革、PU 或 TPO 表皮。這樣，通過(guò)表層的柔性材料，以及表層材料下的發(fā)泡層即可獲得部件良好的手感。但是，加工這樣的部件是一個(gè)極其繁瑣的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)需要支付很高的裝配成本，不僅效率低下，而且缺乏可靠性。圖 5 在雙組分注塑成型中，汽車(chē)部件的基層材料首先采用注塑

9、成型，然后使用 Openair 等離子技術(shù)進(jìn)行界面處理，再立即二次注塑成型柔性材料（圖片來(lái)源于Krauss-Maffei 公司）現(xiàn)在，一種更經(jīng)濟(jì)、更可靠的加工方法是利用雙組分注塑技術(shù)，直接一次加工完成這樣的部件，如圖 5所示。在注塑過(guò)程中，先注塑成型基材，然后利用 Openair等離子技術(shù)處理界面，再立即二次注塑成型“第二”柔性材料。在這一工藝過(guò)程中，無(wú)需人工處理零件，每個(gè)加工周期完成后，即可直接獲得制成的成品。采用這一工藝的另一好處是，通過(guò)選用合適的第二“柔性”材料，能滿(mǎn)足功能、美觀(guān)和手感等方面的要求，如可以采用 PU 材料（如注塑機(jī)生產(chǎn)商Krauss-Maffei提供的 “SkinForm

10、”技術(shù)）或者TPU 材料。采用常壓等離子工藝來(lái)提高材料的粘合能力，為粘合剛性的基材和柔性的第二成份提供了必要條件。在汽車(chē)裝配中粘合門(mén)封條作為汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例，門(mén)封條粘結(jié)也是Openair等離子技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用案例。在德國(guó)大眾的多個(gè)車(chē)型里，其前門(mén)上部都增加了額外的門(mén)封條，目的是為了改善汽車(chē)的隔音效果，降低路噪的影響，增強(qiáng)駕乘舒適感。圖 6 幾乎所有大眾公司的車(chē)門(mén)組裝生產(chǎn)線(xiàn)都配置了 Openair 等離子預(yù)處理系統(tǒng)（圖片來(lái)源：德國(guó)大眾公司授權(quán)Plasmatreat公司）大眾公司為此選用了一種熱塑性彈性體（TPE）作為密封條基體材料，它是一種非極性的、表面能很低的材料。從一開(kāi)始，大眾公司就確定要使用免溶劑的處理方式作為對(duì)密封條涂覆 MS 高分子粘合劑之前的預(yù)處理工藝。在比較了各種電暈和等離子方法以后，大眾公司最終選擇了Openair等離子技術(shù)。表 2 詳細(xì)地描述了 Openair等離子技術(shù)的處理效果。自那以后，幾乎所有的大眾公司的車(chē)門(mén)組裝生產(chǎn)線(xiàn)都配置了該系統(tǒng)，如圖 6所示。 結(jié)論上述應(yīng)用表明， Openair等離子預(yù)處理工藝在應(yīng)用多樣性方面