汽车内饰玻璃的移动式接触角测量

聚合物基复合材料越来越多地用于汽车制造中以减轻重量。 通常，必须处理这些材料的表面以获得稳定的附着力。 以汽车内部的车身饰件为例，我们展示了如何使用便携式接触角测量仪精确地跟踪火焰处理。

我们的一位客户在使用装饰膜后发现不合格率很高-膜在某些点与基材有些脱离。测试油墨显示无局部差异。在几个小时内，现场火焰处理过程的各种参数发生了变化，并在不同点确定了表面自由能。 SFE是在便携式表面能分析仪–MSA的帮助下，根据表面处理后的接触角测量值计算得出的。这表明工件的一侧没有被系统性地激活，这可能是由于火焰与复合材料表面之间的距离过远所致。

图1：汽车内饰。 在此次调查中，主要针对仪表板盖的基本组件进行了测量和研究。

背景

汽车工业中的聚合物复合材料

基于聚合物的新型复合材料正越来越多地用于汽车领域，以替代钢，铝和玻璃等材料。这样做的主要原因是重量的大幅降低，因此随之而来的是油耗和二氧化碳排放量的减少。为了满足汽车工业中的高质量和安全性标准，必须可靠地涂覆并稳定地粘结这些材料。但这正是在实践中出现诸如胶粘剂不稳定或油漆和薄膜脱落等问题的地方。

表面自由能及其对粘附行为的影响

出现此类问题的原因是因为聚合物通常具有较低的表面自由能（SFE），这会阻碍液体涂层的扩散以及固体与液体之间的物理化学键重新组合。因此，首先必须对聚合物材料的表面进行改性，从而增加材料表面的SFE。以这种方式，确定涂层和粘合剂粘合行为的物理效果（例如，铺展系数，粘合功，界面张力）被优化。用于修饰聚合物表面的可用技术包括火焰处理，等离子处理，电晕或化学处理。 处理后SFE的变化可以通过使用Owens，Wendt，Rabel和Kaelble（OWRK）模型进行至少两种液体的接触角测量来量化[1]。

玻璃纤维增强聚丙烯的火焰处理

一家供应用于汽车内饰的玻璃纤维增强聚丙烯零件（GFR-PP）的供应商与我们联系，并报告了装饰膜在仪表板上的粘附性问题。在涂膜之前，先通过火焰处理对覆盖层进行修饰。根据随后用测试油墨确定的SFE，处理效果显然令人满意。然而实际上，活化后的装饰膜还是出现了不少点的脱落。 因此使用测试油墨无法检测出这些问题区域与其他经过火焰处理的区域之间的任何差异。

接触角测量是一种有效的测试方法

对于供应商无法使用测试油墨实验来解决这一问题，我们的答案是测量接触角。另外测试油墨也提供不了有关SFE极性参数和色散参数的信息，但接触角测量值可以区分这些值，因此还可以计算出具体的物理参数，例如粘合能和界面张力。因此，可以对这些材料进行特别优化，从而使胶粘剂或涂层与表面之间的粘合力达到最大。应用报告[2]还比较了测试油墨和接触角的差别，并在[3]中有了更详细的描述。

实验部分

接触角的测试是使用便携式表面分析仪（MSA）在客户的生产车间现场进行的。整个测量过程是无损的。 使用MSA，就无需切割较大的非扁平零件或将样品转移到实验室测试。 在测试过程中，两种已知测试液体（水作为极性溶液，二碘甲烷作为非极性溶液）被滴在复合部件的表面，并随后分析了液滴形状。 图2中通过示例展示了在未经处理和经火焰处理的聚丙烯（PP）表面上的测量结果。