新型車(chē)身接合粘接技術(shù)探究

摘 要：通過(guò)對(duì)寶馬5系汽車(chē)新型車(chē)身的粘接工藝、粘接材料、基本原理和應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行分析和研究，繪制車(chē)身部件的裝配與維修粘接技術(shù)路線，探討了車(chē)身板件相關(guān)材料的粘結(jié)劑的使用工藝和方法，較好地提高了汽車(chē)行車(chē)的安全性。

關(guān)鍵詞：粘接;性能;安全;材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2022）04-0160-03

Abstract： Through the analysis and research on the bonding technology， bonding materials， basic principles and application occasions of BMW 5 series automobile new body parts， the technical route of assembly and maintenance of body parts bonding is drawn， and the application technology and method of adhesives for related materials of body panel parts are discussed， which improves the safety of automobile driving.

Key words：? bonding; performance; safety; material

車(chē)身是由車(chē)架、縱梁、橫梁、門(mén)框、立柱、圍板等結(jié)構(gòu)件和覆蓋件等組裝組成[1]，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(chē)的行駛動(dòng)態(tài)強(qiáng)度、材料的長(zhǎng)久性和行車(chē)安全性[2]。

1 粘接的工藝

粘接是人類(lèi)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(lèi)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[3]。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[4]。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。

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(shù)脂（ EP）和聚氨酯粘結(jié)劑（ PUR））[5]。

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)[6]。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[7]。

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。

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。

4 粘接應(yīng)用場(chǎng)合

4.1 使用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑（EP）進(jìn)行粘接

在車(chē)身制造過(guò)程中，針對(duì)車(chē)身結(jié)構(gòu)主要使用環(huán)氧樹(shù)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(chē)門(mén)檻以及車(chē)門(mén)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(chē)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(chē)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[8]。

4.2 混合接合— EP 粘接和壓力點(diǎn)焊

在汽車(chē)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(chēng)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(chē)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(chē)身通過(guò)粘接和沖壓鉚接方式對(duì)車(chē)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(chē)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(chē)窗玻璃、鋁合金或碳纖維（CFK）車(chē)頂、車(chē)門(mén)凹槽、進(jìn)行車(chē)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(chē)門(mén)、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(chē)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(chē)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(méi)折了，切記切記。

（4）板材原材料不要太復(fù)雜。如果碰到車(chē)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(chē)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(chē)車(chē)身的整體強(qiáng)調(diào)提高和車(chē)身輕量化要求，車(chē)身粘結(jié)劑應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為此，在車(chē)身裝配、調(diào)整和維修階段，對(duì)車(chē)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。

【參考文獻(xiàn)】

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