汽車(chē)車(chē)門(mén)用涂裝加強(qiáng)襯板的應(yīng)用與發(fā)展

張恒超 韓雙福 丁萬(wàn)慶 胡江浦

摘要：隨著汽車(chē)車(chē)門(mén)鈑金厚度的逐漸減薄，車(chē)門(mén)強(qiáng)度下降，需要對(duì)車(chē)門(mén)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng);我司近年來(lái)開(kāi)發(fā)的涂裝用車(chē)門(mén)加強(qiáng)襯板，在涂裝車(chē)間（電泳烘烤過(guò)后）粘貼在車(chē)門(mén)處，可以規(guī)避焊裝用加強(qiáng)襯板的脫落及生銹風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)泡劑的用量及膠片厚度是影響涂裝加強(qiáng)襯板補(bǔ)強(qiáng)效果的兩大因素，發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)泡劑用量為1.5%，厚度為0.8～1.0mm時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)效果好，且成本較低，性價(jià)比最高。

關(guān)鍵詞：加強(qiáng)襯板;汽車(chē)車(chē)門(mén);涂裝

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ639文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）06-0108-04

汽車(chē)輕量化一方面響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，另一方面為主機(jī)廠降低了材料成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其中，鈑金厚度減薄是汽車(chē)輕量化的一大措施，目前主流主機(jī)廠汽車(chē)外板的鈑金厚度在0.65-0.8mm之間，而未來(lái)的趨勢(shì)在0.6mm左右。

汽車(chē)鈑金厚度的減薄，首先影響了顧客的手感，這體現(xiàn)在顧客購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)的時(shí)候用手按壓車(chē)身鈑金，車(chē)門(mén)會(huì)出現(xiàn)凹坑，給顧客一種“皮兒薄”的感受，降低了顧客對(duì)該車(chē)安全性的感官評(píng)價(jià)。其次，影響了顧客駕乘舒適度，隨著鈑金厚度減薄，汽車(chē)在行駛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的激勵(lì)，引起車(chē)門(mén)及其他側(cè)圍等部位的鈑金共振，導(dǎo)致發(fā)出“口哨聲”;另外，在關(guān)車(chē)門(mén)的時(shí)候，鈑金減薄顯著降低了關(guān)門(mén)聲品質(zhì)，在用力關(guān)車(chē)門(mén)的時(shí)候會(huì)感覺(jué)整個(gè)車(chē)身都在晃動(dòng)，沒(méi)有厚重感。

為了解決汽車(chē)鈑金減薄帶來(lái)的問(wèn)題，粘貼加強(qiáng)襯板是目前較好的選擇。加強(qiáng)襯板由玻璃絲布、膠粘層及隔離紙組成，其中玻璃絲布主要提供高模量，膠粘層提供固化后內(nèi)聚強(qiáng)度，隔離紙作為隔離層，用以提升操作施工性。加強(qiáng)襯板與鈑金一起烘烤后能形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)鈑金剛性，提高車(chē)門(mén)的關(guān)門(mén)聲品質(zhì)，同時(shí)消除一部分怠速時(shí)車(chē)身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的低頻噪音，降低由發(fā)動(dòng)機(jī)與路面引起的激勵(lì)相耦合，減少共振現(xiàn)象，提高NVH性能。

目前加強(qiáng)襯板主要是焊裝車(chē)間使用，但是在施工操作會(huì)有不少的問(wèn)題：冬季焊裝車(chē)間氣溫相對(duì)低，膠片初粘力弱，可能導(dǎo)致部分位置粘接不牢，烘烤后產(chǎn)品翹角或者脫落，若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在成品車(chē)中可能會(huì)導(dǎo)致車(chē)門(mén)異響及車(chē)門(mén)鈑金生銹。為了改善上述性能，我司推出涂裝車(chē)間使用加強(qiáng)襯板，因?yàn)橥垦b車(chē)間溫度基本保持在20-30℃，且電泳板表面有很多羥基等活潑基團(tuán)，能夠有效改善冬季焊裝車(chē)間氣溫偏低和產(chǎn)品粘接力弱的問(wèn)題，同時(shí)電泳板不易銹蝕，目前在一些主機(jī)廠得到了廣泛的應(yīng)用。

加強(qiáng)襯板的膠粘層主要由環(huán)氧樹(shù)脂、橡膠、炭黑、石油樹(shù)脂、固化劑及填料等組成。本文對(duì)涂裝車(chē)間用加強(qiáng)襯板的應(yīng)用進(jìn)行了研究。研究了發(fā)泡劑用量、產(chǎn)品厚度、產(chǎn)品外形對(duì)產(chǎn)品性能的影響。并對(duì)涂裝加強(qiáng)襯板的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料

改性環(huán)氧樹(shù)脂，南亞環(huán)氧樹(shù)脂（昆山）有限公司;環(huán)氧樹(shù)脂128，南亞環(huán)氧樹(shù)脂（昆山）有限公司;丁腈橡膠，賽可德（衡水）橡塑有限公司;碳五加氫石油樹(shù)脂，中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化公司;炭黑N330，天津億博瑞化工有限公司;雙氰胺H1600，寧夏大榮實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司;促進(jìn)劑PN-50，日本味之素精細(xì)化學(xué)株式會(huì)社;硫化劑，廣東杜巴新材料科技有限公司;發(fā)泡劑F50，日本松本油脂制藥株式會(huì)社;滑石粉，天津興發(fā)滑石粉廠。

1.2儀器與設(shè)備

微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)CMT4204，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國(guó)）有限公司;送風(fēng)定溫恒溫箱，型號(hào)DKM410C，重慶雅馬拓科技有限公司;數(shù)顯卡尺，型號(hào)111N-101GA，桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司;分析天平，型號(hào)XS204，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，型號(hào)LYW-025N，上海藍(lán)豹試驗(yàn)設(shè)備有限公司;橡膠（塑膠）加壓式捏煉機(jī)，型號(hào)X（S）N，大連華韓橡塑機(jī)械有限公司。

1.3加強(qiáng)襯板的制備

將10%丁腈橡膠、2%碳五加氫石油樹(shù)脂、5%環(huán)氧樹(shù)脂128及少量滑石粉加入密煉機(jī)里進(jìn)行密煉，得到半成品;再取適量半成品加入捏合機(jī)，隨后加入20%改性環(huán)氧樹(shù)脂、15%環(huán)氧128、2%炭黑、6%雙氰胺、2%促進(jìn)劑PN-50、滑石粉、0.4%硫化劑、不同比例的發(fā)泡劑F50等，捏合均勻后，轉(zhuǎn)移至擠出機(jī)中，按照0.83mm膠層厚度進(jìn)行擠出，兩面分別覆上玻璃絲布和隔離紙，經(jīng)過(guò)滾壓，貼合密實(shí)，得到厚度為1mm的加強(qiáng)襯板成品，最后對(duì)其進(jìn)行不同形狀的裁切。

1.4性能測(cè)試

電泳鋼板型號(hào)：DC01;尺寸150mm×25mm×0.8mm;

烘烤溫度：150℃*20min，冷卻至室溫后再次進(jìn)行150℃*20min烘烤（涂裝烘烤工藝）

補(bǔ)強(qiáng)倍率、初始粘接力、燃燒持續(xù)性、抗沖擊性：按照QC/T851-2011規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。

耐鹽霧性：按照GB/T10125-1997中480h進(jìn)行測(cè)試（電泳板尺寸150mm×150mm×0.8mm;加強(qiáng)襯板尺寸100mm×100mm×1.0mm）。

2結(jié)果與討論

2.1發(fā)泡倍率對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效果的影響

對(duì)初始厚度1.0mm（包括0.83mm厚度膠層和0.17mm厚度玻璃絲布）加強(qiáng)襯板進(jìn)行測(cè)試，在環(huán)氧樹(shù)脂用量一定的情況下，發(fā)泡劑的用量對(duì)產(chǎn)品性能的影響如表1所示：

由表1可以看出，一定范圍內(nèi)隨著發(fā)泡劑用量的增加，發(fā)泡倍率不斷增加，產(chǎn)品補(bǔ)強(qiáng)倍率也隨之增強(qiáng)。加強(qiáng)襯板由于發(fā)泡倍率增加，產(chǎn)品厚度增加，測(cè)試補(bǔ)強(qiáng)倍率時(shí)力矩增大，補(bǔ)強(qiáng)倍率明顯提高。在發(fā)泡劑用量1.5%時(shí)，2.5mm撓度時(shí)補(bǔ)強(qiáng)倍率為2.37，最大力撓度時(shí)補(bǔ)強(qiáng)倍率為4.56;而對(duì)應(yīng)該補(bǔ)強(qiáng)倍率時(shí)，0%發(fā)泡劑的加強(qiáng)襯板需要1.5～1.7mm厚度時(shí)才能達(dá)到該補(bǔ)強(qiáng)水平，相當(dāng)于發(fā)泡型加強(qiáng)襯板減重33%-41%。但是當(dāng)發(fā)泡劑用量繼續(xù)增加到3%時(shí)，對(duì)鋼板的補(bǔ)強(qiáng)程度開(kāi)始下降，這是由于發(fā)泡劑過(guò)量導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穿孔率增加，泡孔的不斷增大降低了產(chǎn)品的內(nèi)聚強(qiáng)度，還會(huì)使產(chǎn)品長(zhǎng)期耐吸潮性下降。由于發(fā)泡劑成本較高，高比例添加量會(huì)顯著的增加成本。綜上表明，發(fā)泡劑用量在1.5%時(shí)性價(jià)比最高。

2.2膠片厚度對(duì)補(bǔ)強(qiáng)效果的影響

當(dāng)確定了發(fā)泡劑用量后，對(duì)不同厚度的加強(qiáng)襯板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)倍率測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2。

從表2可以看出，隨著加強(qiáng)襯板厚度的不斷增加，對(duì)相應(yīng)鋼板的補(bǔ)強(qiáng)會(huì)有較大的提高。在初始厚度為1.0mm時(shí)，各撓度補(bǔ)強(qiáng)倍率即可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在初始厚度為2.5mm時(shí)，2.5mm撓度補(bǔ)強(qiáng)倍率達(dá)到7.17，最大力補(bǔ)強(qiáng)倍率達(dá)到10.55，基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值的3倍，在一些特殊部位（鋼板薄弱處，或者車(chē)身內(nèi)地板局部需要飯金增強(qiáng)處），主機(jī)廠的設(shè)計(jì)工程師可能會(huì)需要這類(lèi)高強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)品。

2.3加強(qiáng)襯板形狀對(duì)鈑金的影響

加強(qiáng)襯板隨著厚度增加，強(qiáng)度會(huì)有質(zhì)的飛躍，但這樣的高強(qiáng)度產(chǎn)品可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品貼附鈑金周?chē)霈F(xiàn)凹坑/拉痕等應(yīng)力集中的問(wèn)題，解決方案為對(duì)產(chǎn)品形狀（常規(guī)形狀如圖1）設(shè)計(jì)異形化，如圖2和圖3，這種方法增加了加強(qiáng)襯板邊緣與鈑金的接觸面積，可以分散車(chē)門(mén)/側(cè)圍在冬季由于室內(nèi)外溫度差異較大等原因產(chǎn)生的應(yīng)力，減輕或者弱化應(yīng)力集中問(wèn)題，從而減輕或避免鈑金變形問(wèn)題。

2.4涂裝加強(qiáng)板的發(fā)展方向

涂裝加強(qiáng)襯板有較多的優(yōu)點(diǎn)，但是也有不足之處。涂裝加強(qiáng)襯板使用部位受限，只能在車(chē)門(mén)等人工能夠操作的部位進(jìn)行粘貼，不能使用在側(cè)圍及前車(chē)蓋等部位。

隨著國(guó)家法規(guī)逐漸完善，對(duì)汽車(chē)零部件的氣味性和VOC要求越來(lái)越嚴(yán)格。為貫徹落實(shí)《中國(guó)制造2025》（國(guó)發(fā)[2015]28號(hào)）和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（國(guó)發(fā)[2013]37號(hào)），加快推進(jìn)落實(shí)綠色制造工程實(shí)施指南，推進(jìn)促進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減，國(guó)家工信部、財(cái)政部于2016年7月8日聯(lián)合發(fā)布《重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物削減行動(dòng)計(jì)劃》。目標(biāo)是到2018年，工業(yè)行業(yè)VOCs排放量比2015年削減330萬(wàn)噸以上，其中低（無(wú)）VOCs膠粘劑使用量要達(dá)到85%以上。主機(jī)廠也對(duì)加強(qiáng)襯板的VOC提出了更高的要求;這就要求供應(yīng)商在選擇初級(jí)原材料時(shí)就要考慮原材料的VOCs情況，因?yàn)楫a(chǎn)品的VOCs主要是由化工原材料（合成橡膠/環(huán)氧樹(shù)脂/石油樹(shù)脂等）在制造過(guò)程的一些微量溶劑及小分子單體無(wú)法脫除造成的，這其實(shí)對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)化學(xué)品制造行業(yè)提出了更高的要求。發(fā)泡型加強(qiáng)襯板的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑，發(fā)泡后氣體不溢出擴(kuò)散，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品有氣味性影響。

涂裝加強(qiáng)襯板根據(jù)實(shí)際車(chē)型的情況，會(huì)有更多的主機(jī)廠采納使用。建議使用通用零件（尺寸為300mm×150mm×1mm;200mm×100mm×1mm），大小件配合使用，所有車(chē)型根據(jù)這2個(gè)尺寸配合使用，無(wú)需根據(jù)每個(gè)車(chē)型具體再行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，直接借用，減少零部號(hào)，降低產(chǎn)品儲(chǔ)存和管理費(fèi)用，降低成本;對(duì)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)能夠大批量生產(chǎn)，降低儲(chǔ)存管理費(fèi)用，降低成本，前景廣闊。

有些主機(jī)廠目前在車(chē)門(mén)及側(cè)圍使用烘烤硬化鋼材質(zhì)，本身強(qiáng)度較大，不需要高倍率的補(bǔ)強(qiáng)，可考慮采用低厚度（0.7-0.8mm）的涂裝發(fā)泡型加強(qiáng)襯板，2.5mm撓度時(shí)補(bǔ)強(qiáng)倍率可以達(dá)到1.5倍以上，最大力補(bǔ)強(qiáng)倍率可以達(dá)到3倍。但是產(chǎn)品厚度受加工工藝影響，如果厚度過(guò)薄，對(duì)加工均勻度是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，產(chǎn)品越薄，產(chǎn)生的“空洞”就會(huì)越多，成品率明顯下降。所以綜合考慮，產(chǎn)品厚度1.0mm或者0.8mm為較優(yōu)選擇。

3 結(jié)論

涂裝加強(qiáng)襯板的發(fā)泡劑用量為1.5%時(shí)，性價(jià)比最高。涂裝加強(qiáng)襯板1.0mm即可滿足大部分主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)要求，若主機(jī)廠對(duì)補(bǔ)強(qiáng)倍率沒(méi)有較高要求，可考慮加強(qiáng)襯板為0.8mm厚度，降成本的同時(shí)，也能輕量化。涂裝加強(qiáng)襯板由于在減緩凹坑及拉痕方面有先天優(yōu)勢(shì)，后續(xù)得到較強(qiáng)關(guān)注。涂裝加強(qiáng)襯板未來(lái)的發(fā)展方向?yàn)楦邚?qiáng)度、低厚度、低VOC、低氣味、低固化溫度、低成本。