水性阻尼膠附著力失效問(wèn)題的解決

陳忠德

（寧波吉利汽車(chē)研究開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 寧波 315300）

隨著新能源汽車(chē)“輕量化、環(huán)保、節(jié)能”的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的主機(jī)廠開(kāi)始考慮替代傳統(tǒng)的瀝青阻尼板。水性阻尼膠簡(jiǎn)稱(chēng)LASD(liquid applied sound deadener)，亦稱(chēng)SSD(spray sound deadener)，是一種可噴涂型隔音阻尼環(huán)保型材料。它是以水性丙烯酸乳液為主體，填料(碳酸鈣、云母、石墨)、助劑、顏料、純水等為輔料，聚合而成的高分子化工材料，其主要成分見(jiàn)表1。LASD被用在乘用車(chē)的地板上部、輪罩上部和頂蓋內(nèi)部，噴涂后經(jīng)膠烤房、中涂烤房或面涂烤房烘烤，內(nèi)部水分蒸發(fā)，聚合物粒子相互熔融，固化成膜，其濕膜及干膜狀態(tài)見(jiàn)圖1。LASD適用于B1B2(中涂+面漆緊湊型)、3C1B(三涂一烘)、3C2B(三涂二烘，濕碰濕，無(wú)膠烘房或有膠烘房)、4C3B(四涂三烘)等工藝。

圖1 LASD濕膜(a)和干膜(b)狀態(tài) Figure 1 Appearance of the LASD when it is wet (a) and dry (b)

表1 LASD材料的主要成分及其作用 Table 1 Main composition of LASD materials and their function

阻尼性能主要來(lái)源于材料本身的內(nèi)耗：當(dāng)外界振動(dòng)作用于阻尼材料時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生拉伸形變，機(jī)械能將被轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉，振動(dòng)的幅度也隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸衰減。LASD的阻尼性能優(yōu)異主要?dú)w功于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松、多孔，其剖解狀態(tài)如圖2所示，總體表現(xiàn)為低柔韌性、低延展性。它的阻尼性能與乳液類(lèi)型和用量，以及材料施工面密度有關(guān)。為使材料能在寬泛的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出阻尼性能，在選取 乳液時(shí)，一般由Tg(玻璃化溫度)高和Tg低的乳液組成，必要時(shí)可加入Tg居中的乳液。通過(guò)調(diào)整各組分的比例，使混合物的有效阻尼溫度范圍跨過(guò)各均聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)，從而達(dá)到拓寬有效阻尼溫度范圍的目的。

圖2 LASD干燥后的截面狀態(tài) Figure 2 Section of dry LASD

隨著LASD在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，越來(lái)越多的民營(yíng)企業(yè)具備了相關(guān)研發(fā)及生產(chǎn)能力，越來(lái)越多的原材料由依賴(lài)進(jìn)口轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎蓢?guó)產(chǎn)原料代替，單車(chē)材料成本呈下降趨勢(shì)。LASD已經(jīng)成為汽車(chē)涂裝中重要的一環(huán)，其質(zhì)量影響著整個(gè)車(chē)身。本文以一次LASD附著力失效問(wèn)題為例，介紹了相關(guān)解決方案。

1 附著力失效問(wèn)題

1.1 背景

2016年4月新建A工廠涂裝車(chē)間選用了SW9001型LASD材料，生產(chǎn)工藝為3C2B(濕碰濕，無(wú)膠烤房)，具體生產(chǎn)流程如下：

前處理電泳→電泳打磨→治具更換→上遮蔽→機(jī)器人UBS(車(chē)身地板下部噴涂焊縫密封膠)→人工找補(bǔ)→機(jī)器人UBC(車(chē)身地板下部噴涂抗石擊底涂膠)→人工找補(bǔ)→機(jī)器人IBS(車(chē)身地板上部噴涂焊縫密封膠)→機(jī)器人LASD→人工細(xì)密封→中涂→中涂烘干→中涂打磨→面漆→面漆烘干→精飾修補(bǔ)→報(bào)交注蠟→貼膜→交付。

首臺(tái)噴涂LASD材料的調(diào)試車(chē)在中涂烘干后，LASD膠條發(fā)生翹邊(見(jiàn)圖3)，即出現(xiàn)附著力失效問(wèn)題。

圖3 LASD干膜翹邊 Figure 3 Photo showing the warping of dry LASD

LASD材料有NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)、環(huán)保、輕量化等屬性，其最主要的作用是隔音降噪，而保證相關(guān)性能的前提是附著力良好。附著力失效嚴(yán)重影響了后續(xù)生產(chǎn)交付。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工程師、材料供應(yīng)商、設(shè)備工程師迅速成立問(wèn)題解決小組，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因。

1.2 原因分析

1.2.1 原膠性能

對(duì)問(wèn)題批次的LASD材料進(jìn)行抽樣檢測(cè)，同時(shí)從材料供應(yīng)商處調(diào)取了與附著力相關(guān)的原材料性能指標(biāo)，結(jié)果列于表2?？梢?jiàn)該批次材料的原膠性能及其原材料的填料粒徑和發(fā)泡劑配比均符合要求，但鑒于此型號(hào)產(chǎn)品是首次施工在乘用車(chē)上，故暫不能排除材料方面的原因。

表2 LASD材料的性能指標(biāo) Table 2 Properties of the LASD material

1.2.2 機(jī)器人噴涂參數(shù)

車(chē)身鈑金本不平整，若LASD膠條膜厚嚴(yán)重超出產(chǎn)品要求，烘烤過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)水分揮發(fā)不均勻而導(dǎo)致附著力失效。經(jīng)確認(rèn)，LASD膠條均勻，無(wú)漏噴或分叉現(xiàn)象，非噴涂區(qū)域無(wú)膠體殘留。用游標(biāo)卡尺測(cè)得噴涂槍距為50 mm，噴涂姿態(tài)為垂直。從表3可知，機(jī)器人噴涂參數(shù)均符合要求。采用菲希爾MPO膜厚儀測(cè)得干膜厚度為2 615 μm，符合產(chǎn)品要求(500 ～ 3 000 μm)，因此可以排除此原因。

表3 機(jī)器人噴涂參數(shù) Table 3 Robotic spraying parameters

1.2.3 烘烤爐溫

若中涂烘烤爐溫不滿(mǎn)足材料固化要求，LASD材料內(nèi)部水分不能充分揮發(fā)，表面就可能出現(xiàn)鼓包，最終導(dǎo)致附著力失效。測(cè)量噴涂LASD材料部位的鈑金爐溫(見(jiàn)圖4)，發(fā)現(xiàn)都符合材料的固化要求(140 °C × 20 min)，因此排除此原因。

圖4 中涂烤箱的爐溫曲線 Figure 4 Temperature curves of the baking furnace for midcoat

1.2.4 壓線時(shí)間

若噴涂LASD材料后壓線時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而未進(jìn)烤房，材料內(nèi)部部分水分蒸發(fā)，其表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)皮，進(jìn)入烤房后其內(nèi)部水分不能充分揮發(fā)，就會(huì)出現(xiàn)附著力失效問(wèn)題。經(jīng)調(diào)查，此問(wèn)題車(chē)輛噴涂LASD材料后就隨線進(jìn)入中涂烤房，并未壓線停留，故可排除此原因?？梢?jiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工工藝不是導(dǎo)致LASD材料附著力失效的原因，因此后續(xù)從調(diào)整材料配方著手進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3 對(duì)策的制定及實(shí)施

1.3.1 調(diào)整材料配方

要想內(nèi)部水分更好地均勻揮發(fā)，主要方法是增大LASD材料的孔隙率，而對(duì)此有影響的原材料有填料及發(fā)泡劑。通過(guò)增大填料的粒徑來(lái)提升孔隙率：將原先粒徑小于60 μm的填料更換為粒徑為80 ～ 100 μm的填料；同時(shí)將發(fā)泡劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.15%增加到0.19%，從而增多水蒸汽逸出的通道。

1.3.2 性能驗(yàn)證

再次檢測(cè)配方調(diào)整后的LASD材料的原膠施工性，其旋轉(zhuǎn)黏度為89 Pa·s，固含量80.1%，濕膜密度1.59 g/cm3，干膜密度1.05 g/cm3，體積膨脹率25%。材料附著力及阻尼系數(shù)檢測(cè)結(jié)果列于表4?？梢?jiàn)不管是原膠性能還是固化后膠條的性能，均符合產(chǎn)品要求。

表4 配方調(diào)整后LASD膠的阻尼系數(shù)及附著力 Table 4 Damping coefficient and adhesion of the LASD prepared with the modified formulation

1.3.3 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

將調(diào)整后的新批次LASD材料注入供膠管路，排出問(wèn)題批次材料后進(jìn)行試板驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)無(wú)問(wèn)題后可確認(rèn)管路系統(tǒng)內(nèi)填充的是新批次材料。再進(jìn)行實(shí)車(chē)噴涂驗(yàn)證(見(jiàn)圖5)，確認(rèn)LASD附著力失效問(wèn)題得以解決。

圖5 將調(diào)整配方后的LASD膠料噴涂到實(shí)車(chē)上 Figure 5 Application of the LASD prepared with the modified formulation on a car

2 結(jié)語(yǔ)

相比傳統(tǒng)的瀝青阻尼板，LASD材料因其低VOC(揮發(fā)性無(wú)機(jī)物)、減重和隔音降噪的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)新建的乘用車(chē)主機(jī)廠中得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)BBA等高端合資主機(jī)廠也逐步在進(jìn)行線體及設(shè)備改造，實(shí)現(xiàn)了LASD材料的量產(chǎn)。如何用好LASD，確保其質(zhì)量不會(huì)影響到整車(chē)質(zhì)量，需要大家從各個(gè)影響因素進(jìn)行思考，有針對(duì)性地進(jìn)行試驗(yàn)，并總結(jié)生產(chǎn)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從而更好地在行業(yè)內(nèi)推廣LASD的應(yīng)用。