汽車用PVC密封膠放置開裂優(yōu)化實(shí)踐

陳桂林，劉立東，陳文銓 （一汽-大眾汽車有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

汽車用PVC（polyvinyl chloride ，聚氯乙烯）密封膠通常由聚氯乙烯樹脂、填料、增塑劑、增黏劑、稀釋劑、觸變劑等組成［1］。噴涂在汽車四門兩蓋折邊上，主要起到防腐蝕作用，同時(shí)提供優(yōu)良的外觀［2-3］。

PVC密封膠噴涂工藝在涂裝車間完成，流水線作業(yè)，噴涂完成后在烘干爐內(nèi)固化。因流水線作業(yè)，當(dāng)停產(chǎn)時(shí)，必然有部分車輛仍然停留在PVC密封膠噴涂線上，未能進(jìn)入烘爐完成烘烤工藝。當(dāng)再次啟動生產(chǎn)時(shí)，放置在PVC噴涂線上的車將隨車身流進(jìn)入烘爐，完成烘烤固化。某涂裝車間地處華南，夏季高溫高濕，放置在噴涂線上的車身，烘烤后出現(xiàn)PVC密封膠表面開裂缺陷，且放置時(shí)間越長、開裂現(xiàn)象就越嚴(yán)重。PVC膠開裂不僅影響用戶的感官體驗(yàn)，而且還可能影響翻邊防腐性能，因此亟待解決。

1 原因分析

門蓋的翻邊處存在空腔，涂覆完P(guān)VC密封膠后的烘干過程中，空腔內(nèi)的氣體受熱膨脹，導(dǎo)致PVC密封膠表面鼓起氣泡［4］。嚴(yán)重時(shí)，氣泡繼續(xù)膨脹導(dǎo)致氣泡開裂缺陷，這是汽車主機(jī)廠最常見的PVC密封膠開裂缺陷，如圖1所示。本研究探討的表面開裂缺陷與氣泡開裂不同，其表面平整、無氣泡鼓起形態(tài)，典型的缺陷如圖2所示。

圖1 PVC氣泡開裂Figure 1 PVC bubble cracking

圖2 PVC表面開裂Figure 2 Surface cracking of PVC

1.1 缺陷現(xiàn)場調(diào)查分析

在現(xiàn)場調(diào)查分析過程中發(fā)現(xiàn)，缺陷發(fā)生呈現(xiàn)以下規(guī)律：

（1） 缺陷多爆發(fā)在夏季，特別是陰雨天氣，冬季幾乎不會出現(xiàn)。

（2） 相同時(shí)間段，噴涂完P(guān)VC密封膠但未過烘爐固化的車身，放置時(shí)間越長，表面開裂缺陷數(shù)量越多，且表面開裂程度越嚴(yán)重。取PVC濕膜狀態(tài)的車身在PVC噴涂線旁放置不同天數(shù)后，再過烘干爐烘干，統(tǒng)計(jì)四門兩蓋PVC密封膠開裂缺陷的數(shù)量，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，放置兩天的車身，缺陷數(shù)為2個(gè)；放置7天的車身，缺陷數(shù)為17個(gè)。

圖3 放置天數(shù)與缺陷數(shù)量關(guān)系圖Figure 3 The relationshop between the number of days placed and the number of defects

（3） 從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上看，缺陷的位置分布與當(dāng)周正常生產(chǎn)車身的PVC氣泡缺陷位置基本重合。以右前門為例，如圖4所示，左側(cè)為周末在線放置兩天的10臺車身數(shù)據(jù)，右側(cè)為當(dāng)周隨機(jī)選取的10臺正常生產(chǎn)車身PVC氣泡位置統(tǒng)計(jì)。通過對比發(fā)現(xiàn)，表面開裂缺陷的位置被PVC氣泡發(fā)生位置涵蓋。

圖4 放置開裂位置（左）與PVC氣泡數(shù)據(jù)對比（右）Figure 4 Comparison of cracking position（left）and PVC bubble data（right）

1.2 缺陷實(shí)驗(yàn)室模擬分析

實(shí)驗(yàn)室模擬缺陷，在電泳板上涂覆PVC膠，在恒溫恒濕箱中，于28 ℃、80 %相對濕度條件下放置5 d、7 d、10 d，然后按現(xiàn)場工藝條件烘干，均未出現(xiàn)表面開裂缺陷；但放置10 d時(shí)，表面出現(xiàn)鼓泡缺陷，如圖5所示。選取易發(fā)生PVC氣泡的一小段車門翻邊，裁剪，在翻邊處涂覆PVC膠，在恒溫恒濕箱中，于28 ℃、80 %相對濕度條件下放置5 d，然后按現(xiàn)場工藝條件烘干，表面出現(xiàn)明顯開裂，狀態(tài)（與圖2類似）。特別地，從膠條截面可看出外層疏松孔狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)室模擬圖片F(xiàn)igure 5 Laboratory simulation images

圖6 膠條截面圖Figure 6 Section diagram of rubber strip

綜上分析如下，整個(gè)表面開裂過程為：門蓋在翻邊處存在空腔，烘干過程中，空腔內(nèi)空氣膨脹，導(dǎo)致表面膠受到不均勻應(yīng)力；同時(shí)，PVC密封膠在放置時(shí)水分侵入，烘烤時(shí)體系內(nèi)水分氣化、膨脹，形成疏松結(jié)構(gòu)，單位面積可承受外力降低。兩者相互作用，導(dǎo)致PVC密封膠表面優(yōu)先開裂，形成缺陷。

2 對策

針對上述PVC膠開裂原因分析，解決措施主要從兩個(gè)角度出發(fā)，即降低外力損害和減少水分侵入危害。

2.1 降低外力損害

（1） 減少門蓋翻邊空腔?？涨坏男纬芍饕苋齻€(gè)方面影響：內(nèi)外板間相對位置、涂膠過程和壓合。空腔的控制是一個(gè)系統(tǒng)的過程問題，因此著力點(diǎn)是過程參數(shù)的監(jiān)控。內(nèi)外板相對位置主要通過抽檢內(nèi)外板尺寸，特別是翻邊的長短，以及定位夾具的點(diǎn)檢來控制。涂膠過程以標(biāo)準(zhǔn)樣件為參照，抽檢批量生產(chǎn)件，根據(jù)偏差開展后續(xù)分析。壓合的評價(jià)指標(biāo)為壓合厚度，應(yīng)特別關(guān)注壓合鑲塊搭接處。最后，通過數(shù)字化的質(zhì)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)收集和共享氣泡數(shù)據(jù)，及時(shí)反映過程參數(shù)監(jiān)控的好壞。

（2） 提升材料的拉升強(qiáng)度。添加改性樹脂，提升材料的拉升強(qiáng)度，特別是低溫條件下的凝膠強(qiáng)度。現(xiàn)用品和改善品的凝膠曲線如圖7所示。

圖7 凝膠曲線對比Figure 7 Gel curve comparison

由圖7可見，改善品可在更低溫度下產(chǎn)生凝膠強(qiáng)度，從而有效提升材料抵御烘干初期氣體膨脹的能力。在完全固化的條件下，現(xiàn)用品拉伸強(qiáng)度為1.8 MPa，改善品拉伸強(qiáng)度為2.0 MPa。用現(xiàn)用品和改善品各涂覆10臺車身，在PVC密封線上濕膜放置兩天后再烘干。統(tǒng)計(jì)表面開裂缺陷，現(xiàn)用品為2個(gè)/車，而改善品為0.7個(gè)/車。

2.2 減少水分侵入危害

（1） 改善材料抗吸潮性能。PVC密封膠通常加入一定量的CaO作為吸濕劑。通過改變CaO的含量驗(yàn)證其對表面開裂的影響。樣品1和樣品2中CaO含量分別為現(xiàn)用品的1.5倍和2倍。用現(xiàn)用品、樣品1和樣品2各涂覆10臺車身，在PVC密封線上濕膜放置2 d后再烘干。統(tǒng)計(jì)表面開裂缺陷，現(xiàn)用品為1.9個(gè)/車，樣品1為1.4個(gè)/車，樣品2為1.5個(gè)/車。這說明通過提高吸濕劑比例可在一定程度上降低表面開裂缺陷，但效果有限。

（2） 控制環(huán)境溫濕度。在PVC噴涂線上放置溫濕度儀對溫濕度進(jìn)行監(jiān)控，儀器每5 min自動記錄當(dāng)前溫濕度數(shù)值。通過廠房制冷空調(diào)設(shè)定，控制PVC噴涂線上的溫濕度。溫濕度曲線如圖8所示。

圖8 溫濕度曲線對比Figure 8 Comparison of temperature and humidity curves

停產(chǎn)時(shí)，正常關(guān)閉空調(diào)，平均溫度27.4 ℃，平均相對濕度為81.8 %，車身在此條件下放置2 d，表面開裂缺陷為2個(gè)/車。通過廠房空調(diào)制冷控制溫濕度，平均溫度23.2 ℃，平均相對濕度73.4 %，此條件下車身放置2 d，表面開裂缺陷降至0.4個(gè)/車。雖然通過控制環(huán)境溫濕度可大幅降低缺陷率，但導(dǎo)致能耗上升，因此只有在環(huán)境溫濕度指標(biāo)較高時(shí)，方建議啟用此措施。

（3） 控制車身流。減少翻邊空腔、提升材料拉伸強(qiáng)度和抗吸潮性能、控制環(huán)境溫濕度，都可降低缺陷率；但隨著PVC濕膜放置天數(shù)的增加，即使以上措施均采用，開裂缺陷率依然會影響生產(chǎn)。因此結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建議停產(chǎn)4 d及以上時(shí)，最好拉空PVC密封線上的車身，從而從根本上規(guī)避掉PVC膠吸潮后烘干導(dǎo)致的表面開裂問題。

3 結(jié)語

探討了PVC密封膠噴涂后濕膜放置，再次烘干時(shí)表面開裂缺陷的成因，即空腔應(yīng)力和材料吸潮相互作用，導(dǎo)致PVC密封膠表面優(yōu)先開裂。研究了減少門蓋翻邊空腔、提升材料拉伸強(qiáng)度、改善材料抗吸潮性能和控制環(huán)境溫濕度4個(gè)方面對開裂缺陷的影響。通過綜合運(yùn)用以上措施，可將放置3 d以內(nèi)的開裂缺陷率控制在0.2個(gè)/車以內(nèi)。對于超過4 d及以上的停產(chǎn)，應(yīng)通過車身流控制，規(guī)避掉吸潮后烘干導(dǎo)致的PVC表面開裂問題。