裝焊車間用膠類型及分布位置概述

袁井麗，宋現(xiàn)爽，湯湧

（華晨汽車研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110005）

關(guān)鍵字：裝焊用膠；粘接密封；設(shè)計(jì)優(yōu)化

前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車舒適性的要求越來越高，“安全、舒適、環(huán)保、節(jié)能、輕量化”已成為未來汽車的發(fā)展趨勢(shì)。因此，粘接密封作為汽車生產(chǎn)所必需的一類重要輔助制造方式，應(yīng)用越來越廣泛[1]。各種密封粘接材料根據(jù)其性能特點(diǎn)的差異，在車身上的使用位置和作用也有差異，本文詳細(xì)概述了裝焊車間常用膠材料類型及分布位置，包括點(diǎn)焊密封膠、減震膠、結(jié)構(gòu)膠、補(bǔ)強(qiáng)膠片及隔斷等。

1 點(diǎn)焊密封膠

點(diǎn)焊密封膠[2]是以合成橡膠為主體，添加具有導(dǎo)電性能的物質(zhì)制成，主要應(yīng)用在裝焊車間，起到防振、防塵、防銹的作用，確保連接部位的密封性。

點(diǎn)焊密封膠適用于車身所有焊縫處，尤其是裝焊之后易被其他零件遮蔽的或者不易涂布焊縫膠的豎立焊縫，此外，同焊縫密封膠并用可以密封容易被銹蝕或質(zhì)量要求高的車身縫隙，如防火墻前隔板處、頂蓋流水槽、下車身和側(cè)圍兩總成焊合處、乘客艙及后行李箱及地板周圈等需要重點(diǎn)密封的位置[1]，起到防風(fēng)、防水、防塵以及阻隔噪音的作用。此外，對(duì)于車頂前圍等重點(diǎn)部位的焊縫，建議采用點(diǎn)焊膠和焊縫膠的雙道密封方式。尤其要注意車身焊接件之間的搭接順序和零件形面的高低關(guān)系，以防止導(dǎo)水不利，造成積水等問題。

鈑金的涂膠位置形面和結(jié)構(gòu)對(duì)密封效果有很大影響，一般涂膠位置鈑金間隙不要大于 2mm，施膠面寬度不能小于10mm。點(diǎn)焊膠應(yīng)用在裝焊車間，其油面附著性、點(diǎn)焊性、耐沖洗性及耐蝕水密性等幾項(xiàng)性能都非常重要。涂布點(diǎn)焊密封膠對(duì)車身的要求如圖1所示：

圖1 涂布點(diǎn)焊密封膠對(duì)車身的要求

點(diǎn)焊密封膠根據(jù)作用結(jié)果不同主要分為非膨脹型和膨脹型兩種，應(yīng)用時(shí)要依據(jù)車身的實(shí)際情況[1]。通常膨脹型點(diǎn)焊膠的適用性更強(qiáng)，較大的焊縫也可以很好的密封，但要注意耐液防滲性能的考察。對(duì)于預(yù)成型類的密封膠帶，裝焊車間多應(yīng)用于車身內(nèi)部較大的或垂直的縫隙，涂裝車間多應(yīng)用于車身外部要求美觀整齊的焊縫或一些用液態(tài)膠操作困難的位置。但是預(yù)成型膠帶因其成本較高，目前僅在車身一些重要位置使用。

2 減振膠

在裝焊車間，減振膠主要應(yīng)用在車身外板和內(nèi)板或加強(qiáng)板之間，按點(diǎn)狀或者線狀進(jìn)行涂布。減振膠在車輛行駛中起到減振和支撐作用[3]，同時(shí)可有效防止被涂布位置的生銹現(xiàn)象。

減振膠一般分為膏狀減振膠（膨脹膠）和減振膠帶（膨脹膠帶），減振膠帶多應(yīng)用于間隙較大，外板與加強(qiáng)梁間距烘烤前后變化大的部位，如發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、車門、行李箱蓋、頂蓋、側(cè)圍的內(nèi)外板之間等。由于不同的車身結(jié)構(gòu)要求不同，在設(shè)計(jì)中一般發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋和頂蓋等位置多選用中高強(qiáng)度的減振膠，除了減振作用以外還有一定的支撐力。車門等位置則選用低強(qiáng)度的減振膠，因?yàn)檐囬T內(nèi)外板之間間隙較大，涂膠量比較多，若選用剪切強(qiáng)度大、硬度高的減震膠易導(dǎo)致外板變形而影響外觀質(zhì)量。

圖2 涂布減振膠對(duì)車身的要求

在選擇應(yīng)用不同強(qiáng)度的減振膠時(shí)，要充分考慮車身內(nèi)外板之間的縫隙大小、涂膠用量和減振膠性能的匹配性。一般的應(yīng)用原則是：（1）涂膠直徑要等于或稍大于車身內(nèi)外板之間的間隙，確保減振膠膨脹后能達(dá)到預(yù)期的效果；（2）涂膠面積較大的結(jié)構(gòu)上，多選則成型的減振膠帶，不僅可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，也能大幅度的提高生產(chǎn)節(jié)拍；（3）涂膠面積較小的結(jié)構(gòu)或者間隙較大的內(nèi)外板之間，一般也選則成型的減振膠帶，避免液態(tài)膠因自重過大下垂，進(jìn)而導(dǎo)致固化后減振膠膨脹達(dá)不到預(yù)期要求或者產(chǎn)生“裂紋”的現(xiàn)象。涂減振膠對(duì)車身的要求如圖2所示。

3 結(jié)構(gòu)膠

結(jié)構(gòu)膠是以環(huán)氧樹脂為主體材料，添加增韌劑、固化劑、填充劑等配制而成的無(wú)溶劑型結(jié)構(gòu)膠粘劑，主要用來提高車身剛度及耐久性，增加車身結(jié)構(gòu)的吸能容量，改善汽車安全性能[4]。此外，結(jié)構(gòu)膠還可應(yīng)用于車身焊接不到的位置，起到結(jié)構(gòu)粘接的作用。結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用可以部分取代或者完全取代相應(yīng)位置的點(diǎn)焊膠的應(yīng)用，減少相應(yīng)位置的焊點(diǎn)，在車身剛度和強(qiáng)度提升的同時(shí)，減少高強(qiáng)鋼板等的應(yīng)用，有助于車身輕量化的設(shè)計(jì)。此外，隨著輕量化設(shè)計(jì)的飛速發(fā)展，鋁板材料、碳纖維材料等的應(yīng)用，異種材料和新型材料之間的連接對(duì)結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用提出來更高的要求。

結(jié)構(gòu)膠對(duì)車身剛度的影響及作用，可在車身設(shè)計(jì)初期可通過CAE分析得到直觀的參考數(shù)據(jù)。目前結(jié)構(gòu)膠車身上的用量越來越大，主要包括以下幾個(gè)重點(diǎn)位置：（1）前后縱梁與地板之間的焊接位置，增加車身主要承載件的強(qiáng)度；（2）A、B、C柱內(nèi)板與加強(qiáng)件之間的焊接位置，增加車身框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；（3）四門兩蓋的折邊位置，代替焊點(diǎn)，提高車身外表面的質(zhì)量；（4）車身某些不易實(shí)施焊點(diǎn)操作的位置，用粘接代替焊接。涂布結(jié)構(gòu)膠對(duì)車身的要求如圖3所示：

圖3 涂布結(jié)構(gòu)膠對(duì)車身的要求

4 補(bǔ)強(qiáng)膠片

補(bǔ)強(qiáng)膠片是由合成橡膠和環(huán)氧樹脂混合配制而成的一種新型補(bǔ)強(qiáng)材料，對(duì)大而薄的外板起到補(bǔ)強(qiáng)作用的片狀成型膠，主要分為膨脹型和非膨脹型。在車身上主要起到補(bǔ)強(qiáng)和減振的作用，能夠達(dá)到顯著提升車身剛性，從而提升整車的舒適性，有效降低車身成本[5]。

補(bǔ)強(qiáng)膠片主要應(yīng)用于車門、側(cè)圍、后背門等重要位置的補(bǔ)強(qiáng)，也有一定的減振作用。在選用補(bǔ)強(qiáng)膠片時(shí)，一定要充分考慮以下幾點(diǎn)：（1）補(bǔ)強(qiáng)倍率和鋼板的抗變形能力的匹配性，若補(bǔ)強(qiáng)倍率太小起不到補(bǔ)強(qiáng)效果，若補(bǔ)強(qiáng)倍率太大則外板易變形；（2）補(bǔ)強(qiáng)膠片的外形設(shè)計(jì)的合理性，膠片邊緣設(shè)計(jì)成波浪或圓弧等非線形邊，有助于收縮拉力分散，防止鋼板出現(xiàn)凹坑，影響外觀；（3）補(bǔ)強(qiáng)膠片剪切強(qiáng)度的合理性，如果剪切強(qiáng)度較大，容易導(dǎo)致鋼板局部變形；（4）鋼板自身應(yīng)力的合理性以及與補(bǔ)強(qiáng)膠片的匹配性，鋼板應(yīng)力集中部位，補(bǔ)強(qiáng)膠易將鋼板局部拉變形。因此，在使用補(bǔ)強(qiáng)膠片時(shí)，可以結(jié)合CAE分析，合理布置補(bǔ)強(qiáng)膠片的大小和位置。

補(bǔ)強(qiáng)膠片可分為裝焊用和涂裝用補(bǔ)強(qiáng)片，其優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示。針對(duì)裝焊用和涂裝用的環(huán)境區(qū)別，需要調(diào)整配方中改性環(huán)氧樹脂以及固化劑等填充料比例，達(dá)到產(chǎn)品完全固化。補(bǔ)強(qiáng)膠片一般選擇補(bǔ)強(qiáng)倍率3倍左右的膠片就行，由于補(bǔ)強(qiáng)膠片的種類有很多種，具體選擇的時(shí)候要根據(jù)實(shí)際情況選擇。

5 隔斷與隔音材料

隔斷與隔音材料是應(yīng)用在車內(nèi) A、B、C柱空腔內(nèi)，阻斷噪聲傳遞路徑的發(fā)泡膠，主要作用是填充密封、吸音降噪，并可有效阻斷汽車在行駛過程中產(chǎn)生的路噪聲及風(fēng)噪聲。在布置隔斷時(shí)需要提前和上車身設(shè)計(jì)人員溝通以盡早確定位置，避免與其他件安裝孔或CO2焊接部位過近，產(chǎn)生堵孔或燒件的問題。

表1 裝焊車間和涂裝車間用補(bǔ)強(qiáng)膠片的優(yōu)缺點(diǎn)

常用的空腔隔斷和隔音材料經(jīng)過電泳烘烤加熱后完美的填充細(xì)小縫隙，起到填充密封、吸音降噪的作用，主要有貼片式和支架安裝式[1]。

圖4 隔斷與隔音材料典型分布位置

貼片式隔音材料一般應(yīng)用于空腔較小、形狀規(guī)整且附近無(wú)安裝孔的位置，如A、C柱的外腔，最常用的是EVA發(fā)泡材質(zhì)和EPDM橡膠型發(fā)泡材質(zhì)的產(chǎn)品。該類產(chǎn)品成本較低，但是不易控制發(fā)泡方向，需要特別注意形狀不規(guī)則的型腔的尖角位置發(fā)泡材料的設(shè)計(jì)。

支架安裝式隔斷一般應(yīng)用于空腔較大、形狀復(fù)雜或附近有較多安裝孔的位置，如A、B、C、D柱下方的位置，最常用的是帶尼龍骨架的隔斷，主要是由PA66和EVA發(fā)泡材料構(gòu)成。該類產(chǎn)品定位準(zhǔn)確、發(fā)泡方向容易控制、封堵效果較好，但成本上相對(duì)較高，不僅需要車身提前預(yù)留安裝孔，同時(shí)要注意預(yù)留足夠的縫隙，大概4-5mm，保證電泳液順利通過。

無(wú)論是貼片式和支架安裝式隔斷，發(fā)泡材料的發(fā)泡溫度一定要與電泳烘干爐溫度相匹配，同時(shí)控制注意控制發(fā)泡時(shí)間和發(fā)泡方向。

近年來，雙組分聚氨酯發(fā)泡材料應(yīng)用越來越廣泛，主要應(yīng)用于汽車車身空腔位置的填充，提高車身 NVH性能。雙組分聚氨酯發(fā)泡材料主要是通過注射模式注入在空腔中，在常溫下就能夠快速反應(yīng)并快速成型，可有效的進(jìn)行氣流阻隔，降低噪聲。聚氨酯發(fā)泡材料的內(nèi)部具有許多微小的間隙和連續(xù)的氣泡，這種多孔吸聲結(jié)構(gòu)不僅阻隔聲音，還有吸音的特性。雙組分聚氨酯發(fā)泡材料應(yīng)用于空腔阻斷中，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）三維可靠封阻，吸聲性能良好；（2）無(wú)模具投入，材料成本低廉；（3）可平臺(tái)共用，無(wú)需改制設(shè)備。

6 總結(jié)

通過對(duì)裝焊車間用膠的類型與分布位置的對(duì)比分析，我們發(fā)現(xiàn)在裝焊用膠設(shè)計(jì)中需要注意以下問題：（1）對(duì)于涂布點(diǎn)焊密封膠、結(jié)構(gòu)膠和折邊膠，車身設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮搭接邊寬度大于 10mm，應(yīng)嚴(yán)格控制兩板間的間隙，間隙大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不需要預(yù)留間隙。（2）前圍板、前中后地板、側(cè)圍、發(fā)動(dòng)機(jī)隔板等與周邊搭接需要點(diǎn)焊密封膠和焊縫密封膠雙道密封。（3）應(yīng)用折邊膠的位置，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整膠量，使用量過多時(shí)會(huì)出現(xiàn)溢出現(xiàn)象，后續(xù)固化后形成膠瘤，影響后續(xù)焊縫膠涂布。使用量過少會(huì)導(dǎo)致粘接強(qiáng)度下降，同時(shí)出現(xiàn)空腔，在后續(xù)涂布焊縫膠固化時(shí)導(dǎo)致表面鼓出氣泡。（4）結(jié)構(gòu)粘接的結(jié)構(gòu)間隙要求非常小，一般小于0.2mm間隙。（5）異種材料如鋁板與鋼板和新型材料如碳纖維等的粘接密封的研究和應(yīng)用還有待進(jìn)一步的提升。此外，環(huán)保節(jié)能對(duì)于白車身用膠的要求也是越來越高，在保證車身粘接密封良好的前提下，要減少 VOC等有毒有害物質(zhì)的排放，這就需要開發(fā)和應(yīng)用更加新型環(huán)保高性能膠類產(chǎn)品。因此，要想實(shí)現(xiàn)持久密封粘接，必須同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：滿足要求的密封膠產(chǎn)品、密封部位結(jié)構(gòu)合理和持續(xù)規(guī)范應(yīng)用工藝。