制造商的路线图，以消除生产中的粘附问题

为了生产优质产品，必须适当控制涉及附着力的制造工艺，粘合涉及涂漆，涂层，印刷，密封或粘合。

近年来，黏附问题变得更加复杂和关键的控制。在开发新的粘合剂、油漆、涂料、聚合物和复合材料方面取得了重大的技术进步。这使得制造商能够使用更新的材料和技术生产更高质量的产品，以高效、低成本的制造过程生产更坚固、更轻、更可靠的部件。

• 汽车工业现在使用硅酮密封剂密封某些关键表面，如阀盖和油盘到发动机机体，而不是使用垫片。
• 在航空航天领域，复合材料的进步正在改变飞机的设计和制造方式。现在不再使用铆钉和机械紧固件连接金属，而是将复合部件和其他材料粘合在一起，以创造更强、更轻、更高性能的结构。
• 新的医疗设备正在开发中，这些设备通常使用先进的涂层处理，用于各种医疗目的。这些涂层通常对患者的安全和舒适至关重要。
• 包装是营销活动、产品和消费者安全的重要组成部分。聚合物、油墨、创新包装设计和包装设备的发展带来了新的粘合挑战。
• 利用软件和电子技术来控制机械过程和先进的通信设备的使用几乎呈几何级数增长。电子元件依赖于适当的附着力和均匀的保形涂层、环保型的疏水涂层和触摸屏应用的疏油涂层。

在所有制造业中，对粘附过程有信心的需求是普遍存在的。

粘附失效会导致大量的费用，包括废料、返工、销售退货、保修索赔、产品召回和生产延迟。此外，由于粘附问题有时是间歇性的，根本原因往往没有被发现，一些成本被隐藏，因为它们已被纳入成本标准和保修津贴。

最后，糟糕的产品质量导致最终的费用，失去客户的信心和失去业务。

如果管理层对粘接过程没有信心，新材料或新产品的创新可能永远无法进入市场。例如:

1. 先进的复合材料可能不会被使用，因为制造商对粘接是否有效没有信心。
2. 不能提供涂层将均匀地应用涂层的制造商在关键应用中，包括医疗设备，可能无法获得监管批准。
3. 粘连故障有时需要管理层放弃选定的制造工艺。
4. 机械设备上的电子部件故障，无论是汽车、飞机、机械，都会造成人身伤害和生命损失。

每一位客户都亲身经历过某种形式的粘附失效，无论是油漆剥落、被粘部件的分层、电子板的分层、油墨从包装上摩擦下来、前灯因受潮而起雾、标签剥落、涂层不均匀导致性能不合格等。所有这些应用都依赖于粘接过程的整体控制，以确保质量输出。为了有效地做到这一点，记住你不能管理你不能衡量的东西。

尽管无数次试图永久解决这一问题，但制造商一直难以实现可靠的粘结结构。通常，失败的根本原因从未被发现。一个问题可能会“解决”一段时间，但随后会毫无预兆地再次出现。

实现可靠，可预测的粘附需要精确控制三件事：

1. 粘合剂或涂层材料的组成
2. 粘合剂或涂层的应用和固化过程
3. 接收粘合剂或涂层的表面的前几个分子层的组成和性能，例如表面制备

关于因子1，胶粘剂制造商严格控制他们的配方和制造过程，这些背后的科学已经确立。因此，胶粘剂制造商对胶粘剂的性能及其可重复性能非常有信心。同样，关于因素2，制造商可以从各种各样的工具中选择适当分配油漆、密封剂、涂料和粘合剂。固化程序由胶粘剂制造商明确规定。

在整个粘附过程中控制表面（因子3）继续代表制造商对其过程可靠性充满信心的最大障碍。这是最不理解和控制的三个因素，因此通常存在问题。然而，对表面的控制是困难的，因为它受到许多因素的影响，包括以下7个。

最不为人知的，但极其重要的，管理粘附过程的元素是控制表面接收粘合剂或涂层的最上层分子层。

1. 在前几个分子水平内发生适当的粘附，因此任何表面的质量通常不能通过人类视域确定。
2. 当零件从供应商运输到整个制造工厂时，它们暴露在可能影响粘附的环境污染物中。
3. 当制造的零件被储存或库存时，它们的表面状况会因老化和储存环境而发生变化。
4. 零件可以从多个不同的供应商在不同的条件下接收。为清洁一个供应商的零件而设计的工艺可能不足以清洁另一个供应商的零件。
5. 表面对吸引有害的污染物比大多数人所理解的要敏感得多。这不仅仅是某物是否清除了微粒。更重要的是，要知道表面的化学性质是干净的。由于处理不当、清洁用品或方案的改变、其他制造工艺、包装、运输机制等的污染物转移，表面很容易被污染。
6. 许多产品规格的清洁度仅在颗粒清洁度上寻址，如果表面是化学的，则不会解决。
7. 最后，许多粘接过程是跨部门的，因此表面的责任是共享的。例如，在一个给定的粘附过程中，供应商质量、接收、零件加工、零件清洗、打磨、密封和装配等部门都要对表面状况负责。

在前几个分子水平内发生适当的粘附，因此任何表面的质量通常不能通过人类视域确定。

一种用液体溶液估计表面能的传统方法。当使用达因溶液时，它会在表面上形成珠状或摊开，检查人员必须注意这些特征。油墨决定通过/不通过水平，这些结果是基于用户对溶液对表面反应的主观解释。在某些情况下，达因溶液将溶解表面污染物，并与下表面发生反应，而不是对附着力产生不利影响的污染物。此外，dyne溶液通过化学改变表面污染材料，所以材料的样品在测试后需要丢弃。这减慢了生产过程，使得在生产线上执行可靠的测试变得非常困难。

一种常用的定性方法，用于评价表面是否存在疏水污染物，这可能不利于附着。如果应用需要，该测试还可以用来验证表面是充分疏水的。在这个测试中，当水流流过一个表面时，会对水流进行视觉评估，结果取决于执行测试的人的感觉。如果没有一个清晰的、可重复的通过/失败阈值标准，这个测试就不能给出任何定义良好的或可操作的数据。破水测试是一种概率方法，不能提供洞察粘附问题的根本原因。

电子工业经常使用离子污染测试来量化电子元件上的化学颗粒的数量。这是通过在带电溶液浴中溶解组分表面的残留物并评估溶液中离子颗粒的数量来完成的。这是一种有用的测试，用于确定清洗后的组件表面是否存在可能导致腐蚀或其他形式的粘附失效的化学物质。这些测试的应用范围有限，需要进行进一步调查，以了解需要采取哪些步骤来减轻发现污染后出现的问题。

为了测量接触角，将一滴水沉积在材料表面上以确定表面能。这种表面能直接与材料粘附的能力相关联。测量下降达到表面的角度。表面能由下降被吸引到表面（液体脱出并膨胀）或被表面排斥（珠子和收缩）的程度限定。更高的角度等于降低表面能和较低的角度等同于更高的表面能。该测试提供了可靠地预测粘合性的精确定量测量。

接触角测量可用于确定疏水涂层是否均匀地应用于导线、导管或医疗设备(即制造商不希望其表面吸引)。在已知参数范围内，接触角表面测量读数应产生高接触角(低表面能)。低接触角表明涂层应用不均匀。

真正的关键是简单地知道数字，结果在可预见的良好附着力，然后确保您的过程清洁或激活的数字。然后，一个公司正在寻找根本原因。

直到最近，这种类型的测量通常是在实验室使用台式测角仪对样品进行的。然而，便携式接触角测量设备最近在工厂车间可用，无论是手持式还是自动化解决方案。由于结果以精确接触角的形式定量显示，因此不存在主观性，测量结果直接与可预测的粘附性相关。真正的关键是简单地知道数字，结果在可预见的良好附着力，然后确保您的过程清洁或激活的数字。然后，一个公司正在寻找根本原因。

材料科学家使用各种实验室工具来识别和表征表面污染物的性质。最常见的设备包括:

XPS是一种测试方法，确定最上面的50-100埃或1-2个材料的化学成分。通过用X射线照射表面，XPS测试然后确定喷射光电子的动能，其露出存在于表面上存在的元素的百分比量。该详细分析提供有关直接影响表面工程过程性能的表面区域的化学状态的敏感信息。

FTIR是一种技术，提供有关物质分子结构的详细信息。对于该测试，样品暴露于红外光的不同波长，并且仪器测量波长被吸收。这揭示了存在的特定化合物，例如聚合物，硅氧烷和其他污染物。FTIR鉴定通过表面处理产生或暴露的官能团（允许粘合剂的化合物），并提供更具体的表面组合物的​​蓝色印刷品。另外，这可用于确定涂层或污染物的相对厚度。

最初，公司试图找到与质量，工程材料过程和控制的人员的粘附问题的原因，或者管理部门。然而，这种无法独立的方法很困难，因为材料科学是一个专门的学习领域和涉及在分子水平处了解不同材料的性质和应用。

这些专业知识和设备的一部分或全部可能存在于公司的实验室中，然而，在工厂车间遇到的日常问题不容易在实验室环境中复制。即使是一个功能强大的实验室也不会每天处理这些类型的问题，这限制了他们诊断根本原因的能力。

一个部门出现的问题实际上可能是由上游的一个或多个部门或供应链中的第三方供应商引起的。

如果没有找到根本原因，公司就只剩下两种选择，而这两种选择的成本都可能超出必要。承担成本和其他问题的后果，或者增加一个额外的制造步骤。

通常，问题持续了一段时间后，跨职能团队才成立来解决这个问题。

如果没有找到根本原因，公司就只剩下两种选择，而这两种选择的成本都可能超出必要:

1. 生活在成本和其他问题的情况下，包括优质供应商的声誉，失去业务，损失利润。
2. 添加额外的制造步骤和/或设备以补偿问题。例如，一个无法解决涂料在产品上剥落的原因的公司可以决定在成品涂层之前添加底漆涂料步骤。

一些公司引入了一家六西格玛制造咨询公司来调查与粘附有关的质量问题。这通常是一个好迹象，因为可能涉及到行政赞助，顾问被授权跨越部门边界，进一步探索供应链下游的问题。尽管，这些顾问可能有也可能没有专门的材料科学专业知识或设备来正确诊断问题。

下载完整的电子书以获得发现粘附问题根源的最佳实践列表

BTG Labs的方法遵循了上面列出的最佳实践。我们考虑每个制造商当前的计划和生产流程，与他们合作优化和控制该流程的每个关键方面，并指导他们获得可靠的粘附性和更好的产品。

BTG实验室维护一个最新材料科学实验室其材料科学专家和化学家的工作人员为制造商提供了广泛的材料科学服务，包括世界上最先进的制造公司。应用新颖的诊断方法，我们收到客户样本，设计特定测试，并向制造商向制造商提供全面的建议，以控制其粘附问题。

BTG Labs提供先进的技术套件表面测量检查产品，手持和自动化，帮助制造商监控和验证表面清洁条件。

为了获得我们消除粘附失效的方法的整个范围，下载”BTG实验室的完美制造粘合科学指南”电子书。