車(chē)底抗石擊防護(hù)膠在汽車(chē)上的應(yīng)用

李富強(qiáng) 張愛(ài)平 李丹彤 商中偉 朱 府

（北京汽車(chē)研究總院有限公司，北京 101300）

車(chē)底抗石擊防護(hù)膠在汽車(chē)上的應(yīng)用

李富強(qiáng) 張愛(ài)平 李丹彤 商中偉 朱 府

（北京汽車(chē)研究總院有限公司，北京 101300）

介紹了4種車(chē)底抗石擊防護(hù)膠的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)。在PVC型抗石擊防護(hù)膠中，發(fā)泡型產(chǎn)品的輕量化與隔音降噪性能最好，抗沖擊性能介于普通型和低密度型之間；水性丙烯酸酯型防護(hù)膠與PVC型相比對(duì)環(huán)境友好，但是成本較高。

車(chē)底抗石擊防護(hù)膠；瀝青；聚氨酯；PVC；聚丙烯酸酯

抗石擊防護(hù)膠主要用于汽車(chē)車(chē)底、擋泥板等部位，能有效防止汽車(chē)在行駛過(guò)程中受到碎石、泥砂等撞擊而造成嚴(yán)重毀損和銹蝕，延長(zhǎng)汽車(chē)的使用壽命，并且能有效地降低汽車(chē)運(yùn)行中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲[1,2]。該產(chǎn)品噴涂在車(chē)身電泳漆表面，經(jīng)過(guò)油漆烘烤工藝固化后，達(dá)到要求的使用性能。

近年來(lái)，隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，抗石擊防護(hù)膠的產(chǎn)品種類(lèi)和性能均有較大改善和提升。本文介紹了常用的4種抗石擊防護(hù)膠的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)。

1 車(chē)底抗石擊防護(hù)膠的種類(lèi)

車(chē)底抗石擊防護(hù)膠是數(shù)十種汽車(chē)用膠粘劑中用量最大的一種，幾乎占汽車(chē)用膠總量的一半。車(chē)底抗石擊防護(hù)膠主要有聚丙烯酸酯型、PVC（聚氯乙烯）塑溶膠型、聚氨酯型和瀝青型。上世紀(jì)80年代中期以前，瀝青基抗石擊防護(hù)膠曾長(zhǎng)期被采用，它具有較好的防腐、耐水性能，且成本低廉，但其機(jī)械強(qiáng)度低、耐砂石沖擊性差，尤其是耐高溫性能欠佳[3]，同時(shí)還存在容易起泡、脆裂、石棉致癌等弊端，瀝青基防護(hù)膠已逐漸消失。聚氨酯系防護(hù)膠綜合性能好，固化后表面平整、細(xì)膩，具有良好的外觀(guān)裝飾效果，但成本較高，且施工不方便，在生產(chǎn)過(guò)程中需進(jìn)行攪拌防止溶劑析出，同時(shí)又要避免防護(hù)膠因溫度過(guò)高而凝結(jié)，烘干過(guò)程中也需隨時(shí)控制升溫速度，防止升溫過(guò)快造成涂層針孔。由于成本和施工方面的限制，聚氨酯型抗石擊防護(hù)膠的推廣應(yīng)用具有一定的局限性。PVC塑溶膠在我國(guó)的研究和應(yīng)用起步較晚，80年代以后，隨著一些汽車(chē)制造廠(chǎng)從國(guó)外引進(jìn)車(chē)型和技術(shù)，以及改型換代產(chǎn)品的投產(chǎn)，人們逐漸開(kāi)始使用PVC塑溶膠作為抗石擊防護(hù)膠，此膠以?xún)?yōu)異的性能、低成本迅速普及。但PVC塑溶膠是含氯材料，在降解過(guò)程中產(chǎn)生含氯的氣體，對(duì)環(huán)境和人體健康造成危害。開(kāi)發(fā)應(yīng)用無(wú)PVC樹(shù)脂的環(huán)保型抗石擊涂料已是當(dāng)今發(fā)展趨勢(shì)，聚丙烯酸酯型抗石擊防護(hù)膠是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的環(huán)保型汽車(chē)防護(hù)膠，它不含氯材料，在分解的過(guò)程中釋放的氣體為碳?xì)浠衔?，?duì)環(huán)境和人體不造成危害。本文主要介紹目前應(yīng)用較廣泛的3種PVC型和聚丙烯酸酯型抗石擊防護(hù)膠。

2 PVC車(chē)底抗石擊防護(hù)膠

PVC車(chē)底抗石擊防護(hù)膠是以聚氯乙烯樹(shù)脂為主體成分，同時(shí)加入塑化劑、穩(wěn)定劑、添加劑、增粘劑等混合而成的加熱硬化型糊狀涂料。聚氯乙烯為主要成分，使固化后的涂膜具備良好的彈性、抗腐蝕性和耐石擊性能等各項(xiàng)力學(xué)性能。塑化劑可使底涂膠漿糊化，使聚氯乙烯的可塑性增加，調(diào)節(jié)黏度，方便操作及成膜。穩(wěn)定劑能提高涂料在較高溫度下的穩(wěn)定性，改善防護(hù)膠的貯存穩(wěn)定性，防止涂層在高溫發(fā)生變色和降解。添加劑具有增韌補(bǔ)強(qiáng)、改善流平性和觸變性、提高成型性的作用，同時(shí)降低了防護(hù)膠的原材料成本。增粘劑在加熱過(guò)程中與環(huán)氧電泳漆羥基（-OH）反應(yīng)，形成良好的配位鍵，從而產(chǎn)生化學(xué)粘附作用，大大增加涂層對(duì)電泳漆的附著力，形成粘接強(qiáng)度高、力學(xué)性能好的彈性體。

目前PVC車(chē)底抗石擊防護(hù)膠有普通型、低密度型和發(fā)泡型等，低密度型和發(fā)泡型是基于汽車(chē)輕量化和隔音降噪的需求在普通型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

2.1 普通型PVC抗石擊防護(hù)膠

普通型PVC抗石擊防護(hù)膠是最早出現(xiàn)的PVC型底涂防護(hù)膠，其具有優(yōu)異的抗石擊防腐蝕性能和低廉的成本，同時(shí)操作方便，目前仍為大多數(shù)汽車(chē)廠(chǎng)所采用，屬于一般技術(shù)水平的通用型產(chǎn)品。

2.1.1 固化機(jī)理

PVC底涂防護(hù)膠的固化過(guò)程屬物理變化，在40～80℃開(kāi)始產(chǎn)生緩慢的反應(yīng)（塑化劑濕潤(rùn)PVC粒子，產(chǎn)生膨潤(rùn)），在高于80 ℃后膨潤(rùn)急速進(jìn)行，最終塑化劑與PVC完全熔融成為一體，完成固化過(guò)程。涂層完全固化需要140 ℃/30 min。因此，涂膜需經(jīng)140 ℃以上烘烤溫度、歷時(shí)30 min使之充分塑化，才能使性能達(dá)到最佳狀態(tài)[4,5]。

2.1.2 PVC抗石擊防護(hù)膠的發(fā)展趨勢(shì)

目前國(guó)內(nèi)大部分轎車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家都已經(jīng)在車(chē)底使用了抗石擊防護(hù)膠，每臺(tái)車(chē)的PVC防護(hù)膠用量最高可達(dá)10 kg以上。隨著車(chē)輛使用年限的延長(zhǎng)和車(chē)速的加快，對(duì)汽車(chē)底盤(pán)防護(hù)膠的抗石擊性能要求大大提高，為了提高其抗石擊性，要求增加抗石擊防護(hù)膠的膜厚，大幅度增加涂膜厚度會(huì)急劇增加防護(hù)膠的用量，并且會(huì)使汽車(chē)重量增加，能耗增大，不利于汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)，因此，如何使抗石擊防護(hù)膠輕量化，以便在保證抗石擊性能的前提下，降低防護(hù)膠的用量和汽車(chē)的油耗，就成為底涂防護(hù)膠研究的一個(gè)重要課題。

2.2 低密度PVC抗石擊防護(hù)膠

低密度抗石擊防護(hù)膠是在汽車(chē)輕量化要求的基礎(chǔ)上研發(fā)出來(lái)的，為了使抗石擊防護(hù)膠達(dá)到輕量化的目的，在普通型防護(hù)膠中加入無(wú)機(jī)中空填料，如中空玻璃球、硅藻土中空球、中空碳酸鈣等，以此來(lái)降低抗石擊底涂膠的密度。但是，無(wú)機(jī)中空填料在受到外力沖擊時(shí)容易破碎，導(dǎo)致涂膜耐沖擊性下降，尤其是在低溫狀態(tài)，所以防護(hù)膠中無(wú)機(jī)中空填料的含量必須控制在合適的范圍內(nèi)，既可以保證底涂防護(hù)膠的抗沖擊性，又能達(dá)到其輕量化的目的。部分汽車(chē)廠(chǎng)對(duì)低密度底涂的抗沖擊性能有所顧忌，所以暫未得到大范圍應(yīng)用。

2.3 發(fā)泡型PVC抗石擊防護(hù)膠

為了解決低密度防護(hù)膠無(wú)機(jī)中空填料抗沖擊性能差的問(wèn)題，改為發(fā)泡塑料中空體，即在普通防護(hù)膠中添加塑料發(fā)泡劑，發(fā)泡劑受熱后產(chǎn)生氣體膨脹，使固化成膜后的防護(hù)膠具有了一定的膨脹率，由于塑料中空體的密度非常低（0.02～0.05），可使涂膜密度大大降低[6]，進(jìn)而達(dá)到汽車(chē)輕量化的目的。同時(shí)，塑料發(fā)泡劑壓縮回彈性好，受到局部沖擊時(shí)緩沖強(qiáng)度高，不易破碎，抗沖擊性能較好。塑料發(fā)泡劑雖然最大限度的減少了產(chǎn)品自身強(qiáng)度的降低，但由于中間為空腔，部分削弱了防護(hù)膠的強(qiáng)度，抗沖擊性能還是略遜于普通型。

2.3.1 發(fā)泡機(jī)理

發(fā)泡劑的種類(lèi)很多，從產(chǎn)生發(fā)泡氣體的機(jī)理來(lái)看,有化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑2大類(lèi)，化學(xué)發(fā)泡劑是指發(fā)泡劑在受熱時(shí)發(fā)生熱分解放出氣體，使塑料基材發(fā)泡；而物理發(fā)泡劑在受熱時(shí)不發(fā)生分解，而是靠受熱時(shí)本身的蒸氣壓使塑料基材發(fā)泡。發(fā)泡防護(hù)膠中的發(fā)泡劑一般為物理發(fā)泡劑，塑料中空發(fā)泡劑在受熱后中間氣體膨脹使塑料基材形成彈性良好的密閉球體，發(fā)泡機(jī)理如圖1所示。

圖1 發(fā)泡型防護(hù)膠的發(fā)泡機(jī)理Fig.1 Foaming mechanism of foamingtype protective coating

2.3.2 隔音降噪性能

發(fā)泡型抗石擊防護(hù)膠，利用多孔性材料的特性阻抗，可以提升其隔音降噪的性能，當(dāng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中受到砂石沖擊時(shí)，砂石沖擊波在防護(hù)膠的微孔中產(chǎn)生摩擦和粘滯阻力，聲波轉(zhuǎn)化為熱能被吸收，使汽車(chē)在行駛過(guò)程中的砂石沖擊對(duì)駕駛者的影響降到最小。

圖2為發(fā)泡底涂膠和普通底涂膠吸聲系數(shù)的對(duì)比結(jié)果，吸聲系數(shù)越大，噪聲在通過(guò)涂膜時(shí)的損失就越大。由圖2可知，同一類(lèi)型防護(hù)膠，涂膜越厚吸音系數(shù)越大，吸聲效果越好。相同涂膜厚度下，發(fā)泡型比普通型吸聲系數(shù)大，吸聲效果好。

圖3為發(fā)泡型和普通型底涂防護(hù)膠隔聲量對(duì)比結(jié)果，隔聲量越大，對(duì)通過(guò)涂膜的噪聲的阻抗作用越大。由圖3可知，同一類(lèi)型防護(hù)膠（發(fā)泡型或普通型），涂膜越厚隔聲量越大，阻抗效果越好。相同涂膜厚度下，發(fā)泡型比普通型隔聲量大，隔聲效果好。

圖2 發(fā)泡型和普通型吸聲系數(shù)對(duì)比Fig.2 Comparison of acoustic absorptivity between foaming type and common type coatings

圖3 發(fā)泡型和普通型隔聲量對(duì)比Fig.3 Comparison of sound insulation between foaming type and common type coatings

3 水性丙烯酸抗石擊防護(hù)膠

水性丙烯酸抗石擊防護(hù)膠與PVC抗石擊防護(hù)膠相比具有以下特點(diǎn)：

3.1 環(huán)境友好性

水性丙烯酸底涂防護(hù)膠的主體材料是聚丙烯酸酯，由于其不含氯元素，在高溫分解的過(guò)程中沒(méi)有含氯的氣體放出，對(duì)環(huán)境友好，后續(xù)處理完全環(huán)保。

同時(shí)，水性丙烯酸底涂防護(hù)膠的溶劑為水，在烘烤固化的過(guò)程中釋放的溶劑為水，減少了VOC排放，有利于現(xiàn)場(chǎng)操作人員的身體健康和環(huán)保。

3.2 優(yōu)異的外觀(guān)

水性丙烯酸型防護(hù)膠比傳統(tǒng)的PVC型具有更優(yōu)異的烘烤后外觀(guān)，丙烯酸樹(shù)脂本身具有相當(dāng)好的流動(dòng)性，保證了體系最終具有良好的流動(dòng)性。烘烤后外觀(guān)很光滑，尤其是在對(duì)外觀(guān)要求較高的門(mén)檻部位表現(xiàn)比較突出。

3.3 節(jié)能

水性丙烯酸酯型防護(hù)膠使用的塑化溫度較低，PVC型塑化溫度一般為（140～160）℃，而丙烯酸酯的塑化溫度為（130～140）℃，降低了能源消耗。

3.4 耐久性能

與聚氯乙烯樹(shù)脂相比丙烯酸樹(shù)脂耐紫外線(xiàn)、耐熱性好，抗老化性能優(yōu)于聚氯乙烯防護(hù)膠, 可賦予涂膜優(yōu)良的耐久性能。

水性丙烯酸酯防護(hù)膠在美國(guó)、日本等國(guó)家，尤其是在日系車(chē)型上幾乎全部應(yīng)用了以丙烯酸酯為主體的抗石擊防護(hù)膠，為了順應(yīng)此發(fā)展趨勢(shì)，2007年巴斯夫?qū)W洲水性底涂涂料工廠(chǎng)擴(kuò)產(chǎn)[7]。但目前由于其價(jià)格較高，如果沒(méi)有強(qiáng)制性環(huán)保法規(guī)的出臺(tái)，聚丙烯酸酯型抗石擊防護(hù)膠在短期內(nèi)可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了4種汽車(chē)抗石擊防護(hù)膠，并對(duì)其性能進(jìn)行了對(duì)比分析。PVC型抗石擊防護(hù)膠中，發(fā)泡型的輕量化和隔音降噪性能最好，抗沖擊性能介于普通型和低密度型之間；丙烯酸型與PVC型相比對(duì)環(huán)境友好，但是目前成本較高。

[1]曾謹(jǐn)霖.汽車(chē)涂料的現(xiàn)狀及發(fā)展淺析[J].湘潭化工, 1993(1):12.

[2]韓景平.汽車(chē)功能涂料的新進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào), 1996(1):6.

[3]王美華.國(guó)外汽車(chē)耐石擊涂料技術(shù)進(jìn)展[J].涂料與應(yīng)用,1993(1):8.

[4]中國(guó)公路學(xué)會(huì)客車(chē)分會(huì)和江蘇省交通科學(xué)研究院.客車(chē)制造工藝技術(shù)[M].第2 版.北京:人民交通出版社,2008.

[5]佚名.PPG 隆重推出CORASHIELD 水性抗石擊涂料[J].化學(xué)工業(yè),2009(9).

[6]呂群.汽車(chē)用耐石擊涂料的中空體填料—微泡VDC共聚樹(shù)脂[J].化工新型材料,1997(4):13.

[7]巴斯夫?qū)W洲水性底涂涂料工廠(chǎng)擴(kuò)產(chǎn)[J].聚氨酯,2008(1):13.

Application of stone chip-protection coating for underbody of vehicle

LI Fu-qiang,ZHANG Ai-ping,LI Dan-tong,SHANG Zhong-wei,ZHU Fu
（Beijing Automotive Technology Center Co.,ltd.,Beijing 101300,China)

The article introduced the application status as well as the advantage and disadvantage of four kinds of stone hip-protection coatings for the underbody of vehicles. Among PVC based coatings,the light-weighting and noise-resistance properties of foaming type coatings are the best, but their stone chip-resistance property is between the common type and lowdensity type coatings. Compared with the PVC based coatings, the water-based acrylic coatings are enviroment friendly and high-cost.

TQ437+.4

A

1001-5922（2015）02-0055-04

2014-09-01

李富強(qiáng)（1979-），男，工程師。研究方向：汽車(chē)涂裝工藝。E-mail：lifuqiang@beijing-atc.com.cn。

張愛(ài)平（1980-），女，工程師，研究方向：汽車(chē)化工材料。E-mail：zhangaiping@beijing-atc.com.cn。