淺談液態(tài)阻尼膠在汽車上的應(yīng)用

梁卿卿，郭培

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

汽車車身結(jié)構(gòu)一般是由單層或多層的鍍鋅板或冷軋板焊接而成，汽車在行駛過程中受振動時，就會形成振動輻射噪聲，并成為汽車主要噪聲。另外，汽車和發(fā)動機運行時的機械噪聲也是由于白車身各部件振動及相互作用產(chǎn)生的。為了有效降低或控制噪聲，提高汽車的舒適性，汽車主機廠普遍采用表面阻尼結(jié)構(gòu)減少振動。這些阻尼結(jié)構(gòu)一般設(shè)置在門板、側(cè)圍外板、頂蓋、發(fā)動機和行李箱蓋的內(nèi)表面和車身底板的上表面。

在20世紀五六十年代時，汽車廠一般采用瀝青、石棉制防聲漿，涂布厚度為2～3 mm，噴涂在上述部位作為防聲阻尼涂料。隨著工業(yè)的發(fā)展，后來基本上都采用粘貼型熱熔阻尼膠片，其主要成分是瀝青、滑石粉、改性劑、膠粉、云母粉、磁粉等，按所貼部位的需要，可加工成各種形狀、厚度不等的阻尼板，在涂裝車間噴中涂前進行粘貼。由于該阻尼板異物及塵埃比較多，在整個工序中容易引起涂裝性不良問題，并且操作者因手動反復性操作，很容易產(chǎn)生疲勞感?；谝陨蠁栴}以及環(huán)保要求，現(xiàn)代化的汽車工廠開始使用噴涂性阻尼材料，即Liquid Applied Sound Damper（LASD，可噴涂隔音阻尼材料）。文中針對水性噴涂型阻尼膠的材料、在汽車中應(yīng)用的成本和對工藝設(shè)備的要求等方面進行描述。

1 液態(tài)噴涂型阻尼膠的特點及優(yōu)勢

乘用車用液體噴涂型阻尼膠材料主要有3種，分別是水性丙烯酸型、橡膠型和PVC型，3種型號的阻尼膠在各汽車廠均有使用，水性丙烯酸型阻尼效果最好，其次是橡膠型，最差的是PVC塑溶膠型，因此水性丙烯酸型應(yīng)用較廣泛。文中提及的液態(tài)阻尼膠均為水性丙烯酸型。

液態(tài)噴涂阻尼膠板采用機器人作業(yè)的方式。與傳統(tǒng)成型瀝青阻尼膠板的工藝相比，在生產(chǎn)線布置以及物流配送方面有很大的不同，其主要的優(yōu)勢有:

1.1 良好的阻尼性能和質(zhì)量保證

如圖1所示:在相同的使用溫度內(nèi)，噴涂型阻尼膠不僅阻尼效果明顯優(yōu)于貼片阻尼膠，同時噴涂型阻尼膠適用溫度范圍廣，阻尼性提高25%～30%，明顯優(yōu)于瀝青膠板型。

機器人噴涂自動控制，具有高的重復性和噴涂形狀可優(yōu)化性，避免了員工操作失誤而帶來的漏粘、錯粘以及粘貼不牢導致阻尼性能下降的問題。

1.2 柔性強的施工性能

傳統(tǒng)的阻尼膠板均需要依據(jù)車型的不同而進行二次開發(fā)，阻尼膠板制造商需要設(shè)計不同的模具，操作者在現(xiàn)場操作時需要依據(jù)不同的車型粘貼不同型號和數(shù)量的阻尼膠板，極易造成漏粘、錯粘的情況，具體對比見表1。

表1 施工性能對比表

1.3 良好的環(huán)境友好性

水性阻尼涂料作為一類環(huán)保功能材料，在生產(chǎn)和施工過程中，對環(huán)境無污染。水性阻尼涂料是以水作為分散介質(zhì)的，它含有的VOC非常少，同時能夠改善整車使用過程中的室內(nèi)氣味性。瀝青阻尼膠板為了保證兩層之間不粘粘，需要在層間設(shè)計隔離紙以及涂抹滑石粉等隔離劑，這些隔離劑在施工過程中使操作環(huán)境出現(xiàn)灰塵，產(chǎn)生的塵埃飄落到車身上導致車身涂裝外觀不良。而水性阻尼涂料則無此問題，對改善員工作業(yè)環(huán)境和提升涂膜質(zhì)量有明顯的效果。

1.4 整體運行成本降低

噴涂型阻尼膠材料成本雖然高于瀝青阻尼膠板，但是由于材料密度小用量少，減少了庫存和物流以及員工等，綜合應(yīng)用成本降低，同時提高了生產(chǎn)節(jié)拍。根據(jù)表2進行成本分析，按照年產(chǎn)20～30萬產(chǎn)能的生產(chǎn)線來說，使用噴涂型阻尼膠能夠節(jié)約成本約10～20萬元。

表2 噴涂型阻尼膠和瀝青阻尼膠板存儲物流對比

2 對工藝設(shè)備以及車身設(shè)計的要求

噴涂型阻尼膠由于需要設(shè)計輸送管路和安裝機器人，因此該工藝適合在新線體設(shè)計時使用，對于舊線體改造涉及到土建、設(shè)備等多方面，一般來說不建議舊線改造。噴涂型阻尼膠由于機器人定位以及水性溶劑等方面的原因，對工藝設(shè)備環(huán)境有不同的要求，主要體現(xiàn)在以下方面:

2.1 對車身輸送鏈系統(tǒng)定位精度的要求

液態(tài)阻尼膠板工藝操作模式為間歇式，車身進入噴涂工位后，輸送鏈轉(zhuǎn)運停止，車身靜止。為了防止機器人與車身制件干涉以及噴涂位置的準確性，對識別定位的要求較高。噴涂機器人上配備視覺系統(tǒng)，對車身進行定位，在定位結(jié)束時，由攝像頭完成可能需要的適當?shù)恼{(diào)整之后，車身定位達到要求，機器人才開始其軌跡。一般來說，要求的車身定位準確度是車身晃動誤差±5.0 mm，車身停止位置前后誤差±5 mm，停止位置左右誤差±3 mm，這些都由輸送鏈系統(tǒng)來保證。

2.2 對液體輸送系統(tǒng)的要求

由于噴涂型阻尼膠具有黏度高、流動性差、固體顆粒粗等特點，為了防止出現(xiàn)壓力不足、霧化不良、噴嘴堵塞等問題，這就要求在進行噴涂作業(yè)時要選擇壓力比值較大的高壓無氣噴涂設(shè)備。推薦噴涂壓力為16～16.5 MPa。同時由于隨溫度變化黏度變化明顯，為了避免溫度的變化對黏度產(chǎn)生影響，導致噴涂厚度發(fā)生變化，因此需要對輸送系統(tǒng)做溫度控制措施，所有管路要進行保溫，以達到穩(wěn)定的施工狀態(tài)。LASD建議將溫度設(shè)置在 （35±2）℃，略高于室溫，常年只需加熱而不需要冷卻。對輸送系統(tǒng)要求設(shè)計加熱措施，溫差范圍為±2℃，避免溫度超差大。

因為LASD水性阻尼涂料為了保持乳液體系的穩(wěn)定，通常產(chǎn)品的PH值保持在8～9之間，呈弱堿性，需要配套的輸送管路、膠泵以及桶必須是不銹鋼，以免長期使用過程中被乳液腐蝕。循環(huán)方式采用主管循環(huán)，盲端結(jié)構(gòu)。

2.3 對采購周期和存儲環(huán)境的要求

噴涂型阻尼膠以水作為溶劑，不同于溶劑型涂料，會有一些特殊因素需要加以控制。實驗表明:LASD材料在0℃左右低溫存放超過2天，涂層的柔韌性、耐沖擊性、耐鹽水性以及損耗因子等重要指標均已不合格。因此對存儲環(huán)境要求為在5～30℃的條件下儲存與運輸，防止冰凍及直接日曬，密封包裝中的空氣應(yīng)足夠潮濕以防止材料表面干燥，不能儲存于易腐蝕的容器中，冬季要注意加強庫房的保溫措施。建議至少提前2～3天將材料運至泵房，使材料溫度穩(wěn)定至泵房的溫度。

要求施工環(huán)境通風良好，在此條件下可保證水分能夠以較快的速度蒸發(fā)出去，溫度過高或過低都會影響涂層性能，如出現(xiàn)氣泡、流掛、長時間不干等質(zhì)量缺陷。推薦環(huán)境濕度小于75%。

噴涂型阻尼膠以水為溶劑，涂料保質(zhì)期短，一般為3個月，比瀝青阻尼膠保質(zhì)期12個月要短很多，因此需要生產(chǎn)計劃的精準性高，在保質(zhì)期內(nèi)使用。

2.4 對車身設(shè)計的要求

噴涂型阻尼膠噴涂效果同時需要車身設(shè)計時進行同步考慮，要求在數(shù)模設(shè)計時考慮以下方面:

考慮機器人噴涂可達性。如果被零件所遮擋則無法噴涂，需要對阻礙件進行位置調(diào)整或者結(jié)構(gòu)優(yōu)化;對于總裝需要的螺栓、孔洞等，需要進行合理避讓或者遮蔽，這就需要設(shè)計一個工位的人工粘貼工位。對噴涂形狀提出要求，例如，噴涂寬度最好固定是一個寬度的倍數(shù)，這樣避免調(diào)整噴幅，節(jié)約噴涂時間。

由于需要對車身進行視覺定位，視覺定位的原理是視覺系統(tǒng)利用4個已標定的攝像頭從4個角度采集車體4個部位的圖像，并從這些圖像中搜索車體上的固有特征標記點 （理想的標記點是孔，但是角、邊沿等其他特征標記也可以利用）的二維圖像坐標;同時根據(jù)各個攝像頭之間的方位關(guān)系以及標記點在車體坐標系下的坐標，在數(shù)學上確定一個最佳的車體方位，并計算出當前方位和理論方位之間的矯正矢量 （X，Y，Z，RX，RY，RZ）;通過該矯正矢量，機器人就能夠正確定位當前車體并調(diào)整其工作應(yīng)用軌跡。對于在生產(chǎn)線上生產(chǎn)的不同的車型，都要求所有車型的4個特征標記點都在類似的位置，因此需要在數(shù)模設(shè)計時考慮特征標記點的設(shè)計。

3 結(jié)束語

水性阻尼涂料作為一類環(huán)保功能材料，其良好的阻尼性能、施工性能以及環(huán)境友好性，使得其應(yīng)用范圍日益擴大，前景可觀。鑒于其在地鐵車輛上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，因此在汽車行業(yè)新線體設(shè)計時也得到了特別的關(guān)注以及實施。對于我國汽車行業(yè)來說，該技術(shù)尚屬于新技術(shù)之列，因此對其推廣還需要廣大汽車涂裝設(shè)計、工藝以及產(chǎn)品設(shè)計人員的共同配合才能實現(xiàn)。