新型車身接合粘接技術(shù)探究

張啟森

（無(wú)錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無(wú)錫 214153）

車身是由車架、縱梁、橫梁、門框、立柱、圍板等結(jié)構(gòu)件和覆蓋件等組裝組成，它們之間采用粘接、焊接、卡接和鉚接等形式進(jìn)行組合，因此結(jié)構(gòu)件和覆蓋件之間的粘接強(qiáng)度、可靠性、間隙度、熱變形、減振特性和維修方法等均非常重要，其連接技術(shù)影響到汽車的行駛動(dòng)態(tài)強(qiáng)度、材料的長(zhǎng)久性和行車安全性。

1 粘接的工藝

粘接是人類所用的將兩種材料相互連接在一起的最古老的方法，是借助膠粘劑在固體表面上所產(chǎn)生的粘合力，將同種或不同種材料牢固地連接在一起的方法。遠(yuǎn)在5 000多年前，人類在生產(chǎn)勞動(dòng)中就知道用水和黏土調(diào)和起來(lái)，把石頭和固體粘合成為生活工具。天然膠粘劑沿用了幾千年，由于其本身的膠接強(qiáng)度不高，其他性能（如耐水、耐溫、耐老化、耐介質(zhì)等）也較差，因此,在使用上有很大的局限性。從出土文物和考古發(fā)掘可看出，4 000多年前人們就利用生漆做膠粘劑和涂料制成器具。粘接是指對(duì)相同或不同材料進(jìn)行連接、接合。通過(guò)這種方法幾乎可使所有材料相互連接在一起。通過(guò)在兩種材料間涂敷、使用粘結(jié)劑可實(shí)現(xiàn)粘接效果。

因此粘接是通過(guò)粘結(jié)劑涂層實(shí)現(xiàn)的牢固表面連接。焊接和釬焊這種粘接方式也屬于通過(guò)材料熔合實(shí)現(xiàn)的接合工藝。這種“冷接合技術(shù)”的主要優(yōu)點(diǎn)在于，它不會(huì)改變所連接材料各自的特性和結(jié)構(gòu)。此外還能在正確使用的情況下實(shí)現(xiàn)幾乎所有復(fù)合材料的長(zhǎng)久性連接。因此接合技術(shù)是將來(lái)最重要的連接技術(shù)之一，粘接的特點(diǎn)如表1所示。

表1 粘接的特點(diǎn)Tab.1 Bonding characteristics

2 粘接的材料

粘結(jié)劑是非金屬、塑料、液體或固體材料，通過(guò)表面附著力（粘附力）和內(nèi)部強(qiáng)度（粘合力）使接合部件相互連接在一起。粘結(jié)劑分為物理凝固型粘結(jié)劑（釋放出溶劑）（例如用于線縫密封或底部防腐的塑料溶膠）和化學(xué)硬化型粘結(jié)劑（例如環(huán)氧樹脂（EP）和聚氨酯粘結(jié)劑（ PUR））。

只有化學(xué)硬化型粘結(jié)劑適合于維修時(shí)所用的粘接接合技術(shù)。使用化學(xué)硬化型粘結(jié)劑即反應(yīng)型粘結(jié)劑時(shí)，粘結(jié)劑的各種化學(xué)成分以正確比例被涂敷到粘接縫中。隨后通過(guò)成分間相互的化學(xué)反應(yīng)（粘合力）實(shí)現(xiàn)硬化。這些單組分、雙組分或多組分粘結(jié)劑形式的反應(yīng)型粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)正確混合后存在一個(gè)有效時(shí)間（處理時(shí)間）。因此只能在化學(xué)有效時(shí)間內(nèi)提供粘附力。該處理時(shí)間在很大程度上取決于外部環(huán)境條件，例如空氣濕度和溫度。

3 粘接的基本原理

粘接是被粘物與膠粘劑接觸后分子間的作用力作用下的結(jié)果，兩相（金屬與膠粘劑）接粘后還發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)形成了其價(jià)鍵化合物。這是百年來(lái)對(duì)膠接研究，特別是被粘接物與膠粘劑兩者的表面性質(zhì)與及其相互間關(guān)系研究得出的結(jié)論。粘接中膠粘劑必須具有與被粘物表面相同或相似的分子間作用力，易于浸潤(rùn)被粘物表面，可以自由流動(dòng)的液體，使兩者間有盡可能多的接觸點(diǎn)，最好是面接觸，完成初始界面的接觸。高聚物經(jīng)固化（可以高溫高層）后完成內(nèi)聚性粘接，同時(shí)補(bǔ)充完成界面的粘接，粘附力和粘合力如圖1所示。

圖1 粘附力和粘合力示意圖Fig.1 Schematic diagram of bonding and adhesive force

黑色箭頭表示粘附力，灰色箭頭表示粘合力，淺灰圓點(diǎn)表示粘結(jié)劑分子。

粘接效果通過(guò)粘附力（表面附著力）得以實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。粘附力通常指的是一種物質(zhì)的附著力。就粘附力而言還必須綜合考慮到機(jī)械夾持、物理作用和化學(xué)作用。

圖2 粘附力圖示Fig.2 Diagram of bonding force

4 粘接應(yīng)用場(chǎng)合

4.1 使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑（EP）進(jìn)行粘接

在車身制造過(guò)程中，針對(duì)車身結(jié)構(gòu)主要使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑（提高強(qiáng)度和剛度）。這種粘結(jié)劑具有很高強(qiáng)度，應(yīng)用于與碰撞相關(guān)的承載結(jié)構(gòu)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)支架、車門檻以及車門折邊凹槽。EP粘結(jié)劑不僅具有很高的靜態(tài)強(qiáng)度，而且還必須在承受動(dòng)態(tài)負(fù)荷下滿足相應(yīng)要求。在車身制造過(guò)程中主要使用單組分加熱硬化型EP粘結(jié)劑產(chǎn)品，這種粘接在KTL干燥器（陰極電泳涂漆）且溫度大于180℃的情況下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。雙組分粘結(jié)劑在車身制造過(guò)程中使用較少。通過(guò)混合兩種組分，在室溫情況下或在某些情況下在KTL干燥器內(nèi)使粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)。EP接劑可在0.3~0.5 mm 的較小間隙情況下達(dá)到最高強(qiáng)度。

4.2 混合接合—EP粘接和壓力點(diǎn)焊

在汽車制造過(guò)程中使用EP粘結(jié)劑進(jìn)行粘接相對(duì)于純壓力點(diǎn)焊（RSP-壓力點(diǎn)焊）而言具有明顯優(yōu)勢(shì)。進(jìn)行RSP時(shí)只能在較小區(qū)域內(nèi)逐點(diǎn)作業(yè)，而進(jìn)行粘接時(shí)則可在整個(gè)平面上進(jìn)行連接。這兩種連接技術(shù)的所用方法在生產(chǎn)領(lǐng)域稱為點(diǎn)焊粘接。這樣可以通過(guò)接合縫內(nèi)的“隔離效果”減小腐蝕危險(xiǎn)。（潮氣不會(huì)滲入部件內(nèi)）。不允許因MAG 焊接或硬釬焊在粘接縫附近產(chǎn)生較高熱量。

4.3 混合接合—EP粘接和機(jī)械接合

部分車身采用粘接與沖壓鉚接相結(jié)合的方式。以此將不同材料例如高強(qiáng)度鋼和鋁合金板材或壓鑄鋁合金和鋁合金板材接合在一起。也有相關(guān)車身通過(guò)粘接和沖壓鉚接方式對(duì)車輛前端的壓鑄鋁合金和高強(qiáng)度高進(jìn)行接合。與盲鉚接不同，進(jìn)行沖壓鉚接時(shí)不再需要預(yù)先鉆孔/沖孔。這樣可以加速接合過(guò)程。這種冷接合方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于材料不會(huì)發(fā)生任何結(jié)構(gòu)變化，因此整個(gè)過(guò)程的公差尺寸精度很高。

4.4 聚氨酯粘結(jié)劑（PUR）

PUR 粘結(jié)劑應(yīng)用于汽車業(yè)的粘接和密封領(lǐng)域。就 PUR 粘結(jié)劑而言，無(wú)需通過(guò)沖壓鉚接或點(diǎn)焊進(jìn)行附加接合，因?yàn)檫@種粘結(jié)劑需要很大的粘接間隙（粘接層較厚）。粘接和密封示例：

前部和后部的車窗玻璃、鋁合金或碳纖維（CFK）車頂、車門凹槽、進(jìn)行車身密封時(shí)使用橡膠，但在凸緣部位上通常采用傳統(tǒng)的接縫密封形式。在車門、發(fā)動(dòng)機(jī)室蓋和行李箱蓋上橡膠應(yīng)用于折邊凹槽部位（作為折邊凹槽粘結(jié)劑）的情況越來(lái)越多，橡膠作為外板底襯還起到減振和隔音的作用。在噴漆過(guò)程中使用PVC實(shí)現(xiàn)折邊凹槽密封和防腐。

所有應(yīng)用于車身制造領(lǐng)域的粘結(jié)劑、密封和隔音材料以及相關(guān)深拉延和防腐保護(hù)油均可用于鋼板電鍍鋅、火焰鍍鋅和鋁合金。在研發(fā)階段確定可以用于剛度、強(qiáng)度接縫、密封或底襯粘接，批準(zhǔn)在研發(fā)總成至批量生產(chǎn)期間根據(jù)工藝技術(shù)以及在運(yùn)行期間使用。與EP粘結(jié)劑不同的是，PUR粘結(jié)劑需要更大的粘接間隙，約3至5mm。

5 粘接注意事項(xiàng)

（1）不要粘合成銳角。因?yàn)橛推岣皆阡J角上的能力很差，這樣銳角裸露在空氣中，極容易生銹，影響車輛的使用。

（2）包邊時(shí)要注意。包邊不要包出上面所說(shuō)的銳角，同時(shí)折邊膠的量一定要足，因?yàn)檎圻叺目p隙太小，只有依靠膠來(lái)防銹，不能依靠油漆來(lái)防銹的。

（3）膨脹膠的膨脹率要得當(dāng)。在涂裝烘烤后，膨脹率大會(huì)把鐵板變形，變形后就沒折了，切記切記。

（4）板材原材料不要太復(fù)雜。如果碰到車身上一塊冷軋板一塊鍍鋅板，那要調(diào)節(jié)好，因?yàn)橥垦b前處理藥劑的采用是根據(jù)車身板材的材質(zhì)來(lái)選定的。如果在適合冷軋板的槽子里處理鍍鋅板，強(qiáng)烈的堿會(huì)將鍍鋅板表面腐蝕成點(diǎn)點(diǎn)白色的銹，適得其反了。

6 結(jié)語(yǔ)

為滿足汽車車身的整體強(qiáng)調(diào)提高和車身輕量化要求，車身粘結(jié)劑應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為此，在車身裝配、調(diào)整和維修階段，對(duì)車身的材料、裝配工藝、粘結(jié)劑的性能均要了解到位，方可實(shí)現(xiàn)工作的需要。