丙烯酸泡棉膠帶在汽車內(nèi)飾的應(yīng)用

杜秋亮

摘 要：在汽車內(nèi)飾中，零部件的連接通常采用焊接，機(jī)械緊固，卡接和膠帶粘結(jié)等四種常見的方式。文章簡單介紹了幾種連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從力學(xué)性能及對駕駛艙環(huán)境的影響（揮發(fā)性有機(jī)化合物和氣味）兩方面分析了丙烯酸泡棉膠帶粘結(jié)替代其余三種連接方式的可行性，并簡單介紹了丙烯酸泡棉膠帶相比其他膠帶的優(yōu)點(diǎn)及其在汽車上的運(yùn)用。關(guān)鍵詞：汽車;內(nèi)飾;膠帶粘結(jié);丙烯酸泡棉膠帶中圖分類號：U465? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）02-165-03

Abstract： In auto interior trim， there are usually four kinds of methods that fix parts together， including welding， mechanical fastening， clip connection and tape attachment. In this paper， the advantages and disadvantages of the four kinds of methods are illustrated， the feasibility of replacing the other three kinds of connection methods with acrylic foam tape attachment is analyzed in terms of mechanical property associated with effect on cockpit environment （VOC and Odor）， the advantages of acrylic foam tape compared with other kinds of tape as well as its applications in auto are briefly introduced.Keywords： Automobile; Interior trim; Tape attachment; Acrylic foam tapeCLC NO.： U465? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-165-03

前言

眾所周知，汽車系統(tǒng)分為動力系統(tǒng)，底盤系統(tǒng)，車身系統(tǒng)，汽車內(nèi)飾和電氣系統(tǒng)。作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，汽車是由單個子零部件，子系統(tǒng)部件，系統(tǒng)部件等通過不同的連接方式組合在一起。常見的連接方式包括焊接，機(jī)械緊固，卡接和膠帶粘結(jié)。汽車內(nèi)飾（主要包括座椅，地毯，頂棚，儀表板，中控及門板等幾大部分）作為汽車五大系統(tǒng)之一，其零部件的連接方式也無外乎上述四種。相比其他三種連接方式，丙烯酸泡棉膠帶粘結(jié)操作較為簡單，而且不損傷被粘零部件表面，不失為一種好的連接方式。

1 常見的汽車內(nèi)飾零部件連接方式

在內(nèi)飾運(yùn)用中，焊接通常用于塑料零部件之間的固定連接，包括超聲波焊接、熱板焊接、激光焊接、熱風(fēng)焊接、振動摩擦焊接、紅外線焊接等，主要應(yīng)用于內(nèi)門板、儀表板風(fēng)管和儀表板本體、除霜風(fēng)道和風(fēng)道加強(qiáng)件、手套箱內(nèi)外板等之間的固定連接。上述焊接方式的實(shí)質(zhì)就是使零部件連接部位通過摩擦或加熱的方式先熔融，經(jīng)加壓并冷卻后，使得零部件連接在一起。

機(jī)械緊固在裝配時運(yùn)用的較為廣泛，只需在零部件上設(shè)計有相應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)即可，幾乎不受材料類型的限制，而且連接速度較快。機(jī)械緊固通常分為兩類：（1）機(jī)制螺釘、螺母和墊片（視需求而定）固定：就是將螺釘穿入零部件的安裝孔然后使用螺母和墊片將螺釘緊固以達(dá)到連接緊固零部件的目的，這是汽車零部件組裝運(yùn)用最多的連接方式之一;（2）自攻絲螺釘固定：利用螺釘本身帶有的嚙合螺紋通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)入對手件內(nèi)，從而起到連接緊固的目的。

卡接通常用于某些需要反復(fù)拆裝的零部件，在汽車內(nèi)飾中使用較多的是卡子和相關(guān)安裝結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，零部件安裝時需要將卡子事先安裝在零部件上^[1]。此種連接方式除了需要卡子外，還需在其中一個零部件上設(shè)計卡子安裝結(jié)構(gòu)。汽車儀表板中的端蓋板，喇叭罩蓋等較多運(yùn)用此種方式。

丙烯酸泡棉膠帶粘結(jié)顧名思義就是利用丙烯酸泡棉膠帶將被粘零部件連接在一起，和被粘零部件形成三明治結(jié)構(gòu)。丙烯酸泡棉膠帶結(jié)構(gòu)如下圖1，其中丙烯酸泡棉內(nèi)核和兩側(cè)的丙烯酸膠成分一致，根據(jù)相似相溶原理，相比其他普通類型的膠帶（聚酯或聚氨酯泡棉膠帶），丙烯酸泡棉膠帶具有優(yōu)異的應(yīng)力分散性能。在使用工況下，膠帶兩側(cè)零部件收縮率不一致或受力不一致，導(dǎo)致兩者存在著剪切效應(yīng)，普通類型膠帶的丙烯酸膠和零部件及內(nèi)核（圖2黃色部分）邊界均存在較大的應(yīng)力，聚酯或聚氨酯泡棉內(nèi)核不能很好地分散應(yīng)力，因此膠帶易于和被粘零部件分開而出現(xiàn)脫膠現(xiàn)象;在丙烯酸泡棉膠帶中，兩側(cè)的膠和丙烯酸泡棉內(nèi)核可以看成一個整體，應(yīng)力可以分散在整個膠帶中，大大降低了脫膠的風(fēng)險。丙烯酸泡棉膠帶廣泛地運(yùn)用于汽車內(nèi)外飾，比如輪眉、門下護(hù)板、擾流板、字標(biāo)牌、天窗密封條、車門密封條、頂棚和天窗蘑菇搭扣等等。

針對焊接式的連接方式，由于不需要重復(fù)拆裝，可以采用如圖3的方式進(jìn)行連接固定，直接使用丙烯酸泡棉膠帶將被粘零部件粘結(jié)在一起。這通?？梢匀〈恍┏Ｓ玫暮附庸に?，如上文提到的除霜風(fēng)道和風(fēng)道加強(qiáng)件、手套箱內(nèi)外板等之間的焊接。通常情況下塑料零件焊接強(qiáng)度要求大約為200N，而常溫下丙烯酸泡棉膠帶的正向拉拔強(qiáng)度約為60- 90N/cm²（泡棉撕裂），所以只需約4cm²大小的丙烯酸泡棉膠帶即可滿足其力學(xué)性能要求，這在設(shè)計膠帶粘結(jié)面時非常容易實(shí)現(xiàn)。

針對卡接式的連接方式，由于涉及到重復(fù)拆裝，可以采用如圖4的方式進(jìn)行固定-蘑菇搭扣。該產(chǎn)品具有三大優(yōu)點(diǎn)：（1）改善質(zhì)量：無咔嗒咔嗒異響和震動;隱蔽安裝，從而獲得更好的外觀;（2）設(shè)計靈活：靈活的安裝部位，節(jié)省空間;（3）操作性強(qiáng)：容易定位，憑借搭扣固定時的咔嗒響就能隱蔽嵌套，可多次的拔插修補(bǔ)容易（如下圖5）。

常溫下蘑菇搭扣的正向拉拔強(qiáng)度約為5.6-7.2N/cm²（蘑菇搭扣之間脫落），在滿足連接功能的同時又方便拆裝。因此在內(nèi)飾系統(tǒng)中，蘑菇搭扣常用于安全帶蓋板，電控箱蓋板，車頂控制器蓋板，ECU，副儀表板空調(diào)蓋板，油泵控制器，頂棚，車尾燈亮條，擋風(fēng)玻璃和天窗等的固定，在滿足可拆卸的情況下還能有效防止異響（如圖6）。

2 膠帶粘結(jié)優(yōu)勢分析

相比焊接，機(jī)械緊固和卡接，膠帶粘結(jié)具有如下優(yōu)勢：

2.1 焊接

如上文提到，焊接需要將焊接部位熔融，但是塑料零部件在受熱后至冷卻過程中容易產(chǎn)生收縮變形，甚至來料時塑料零部件本身存在著變形，在放入焊接工裝時不能很好地貼合，容易產(chǎn)生虛焊甚至脫焊的情況，這是焊接方式在加工過程中比較容易出現(xiàn)的問題;另一個需要考慮的問題就是零部件的生產(chǎn)過程，對于進(jìn)行焊接的零部件，通常需要在其中一個零部件上設(shè)計焊接筋條，那么在注塑模具上通常就會產(chǎn)生相對應(yīng)的尖鋼結(jié)構(gòu)，這就對注塑模具的設(shè)計和保養(yǎng)有了更高的要求。而采用膠帶粘結(jié)時只需在零部件上設(shè)計膠帶貼覆的平面即可，模具的設(shè)計和保養(yǎng)相對就簡單許多，而且能規(guī)避焊接過程引起的零部件變形問題，甚至能分散零部件來料時變形帶來的應(yīng)力。

2.2 機(jī)械緊固

螺釘螺母和自攻絲螺釘固定方式，容易在緊固的位置產(chǎn)生較為集中的應(yīng)力，而且連接零部件之間不能形成密封接頭。在有些外觀要求較為嚴(yán)格的部件中，如果這兩種連接方式緊固扭力不夠時容易產(chǎn)生異響，緊固扭力過大時塑料零部件容易變形甚者開裂，造成間隙、段差不均勻甚至功能失效。在某些不需重復(fù)拆裝的情況下，使用膠帶粘結(jié)不僅能滿足其力學(xué)性能的要求，而且可以避免零部件在裝配過程中產(chǎn)生的變形或開裂，能夠很好地滿足零部件的間隙及段差等外觀要求。

2.3 卡接

針對含有卡子的固定，在重復(fù)拆裝時卡子容易變形甚至斷裂，極易造成功能失效和異響問題，如果斷裂的卡子不慎落入儀表板等復(fù)雜零部件內(nèi)部，有時還需要將儀表板拆下后才能找到斷裂的卡子，費(fèi)時費(fèi)力，而且在重復(fù)拆裝過程中還容易引起新的問題。對于卡子和安裝卡子零部件的制造過程，需要考慮其模具設(shè)計和保養(yǎng)^[2]，增加了成本。此種情況下使

用蘑菇搭扣的優(yōu)勢非常明顯，只需在零部件上設(shè)計貼覆蘑菇搭扣的平面即可，無需額外增加卡子，也無需在零部件上設(shè)計卡接部位;而且拆裝次數(shù)在5次以內(nèi)時，蘑菇搭扣的拉伸強(qiáng)度幾乎不變。

但是隨著大家環(huán)保意識的增強(qiáng)，消費(fèi)者對汽車駕駛艙的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的要求也越來越高，他們擔(dān)心膠帶的使用對駕駛艙的氣味和VOC性能產(chǎn)生影響。VOC指在常壓下，熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)在50～260℃的各種有機(jī)化合物，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步分為：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他等。膠帶粘結(jié)零部件后，和兩面被粘的零部件形成了三明治結(jié)構(gòu)，其中有機(jī)化合物的揮發(fā)基本上靠其余四個非常小的側(cè)表面。另外在膠帶的設(shè)計過程中，可以通過更改膠水配方（溶劑型、乳液型或熱熔膠）來降低VOC，也可以優(yōu)化膠帶的生產(chǎn)工藝（優(yōu)化膠水涂布和烘干等過程的參數(shù)）來降低VOC。因此膠帶的使用對零部件或整車VOC貢獻(xiàn)非常小。

評估駕駛艙環(huán)境的另一個特性就是氣味。膠帶和被粘零部件形成的是三明治結(jié)構(gòu)，目前大部分主流的整車廠測量此類零部件的氣味時都采用此結(jié)構(gòu)，所以膠帶對氣味性能影響也是非常小。眾所周知瀝青類阻尼片在汽車上大量使用，以普通的三廂轎車為例，它在車?yán)锩娴臑r青阻尼片，如果以兩毫米厚的話大概使用3個平方。這些阻尼片通常直接貼在車身鋼板壁上起到減少噪聲、減少震動，也就是說起到阻尼作用^[3]。相比瀝青的揮發(fā)面積及揮發(fā)成分，丙烯酸泡棉膠帶對車內(nèi)環(huán)境影響其實(shí)微乎其微。

參考文獻(xiàn)

[1] 方瀟湧.丙烯酸泡棉膠帶在汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的應(yīng)用.[M]汽車工程師.2011（2）：55-58.

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[3] 豪華車品牌被曝用瀝青阻尼片降成本[J].廣西質(zhì)量監(jiān)督導(dǎo)報，2013年第4期.