張恒超 韓雙福 丁萬慶 胡江浦

摘要：隨著汽車車門鈑金厚度的逐漸減薄，車門強度下降，需要對車門進行補強;我司近年來開發(fā)的涂裝用車門加強襯板，在涂裝車間（電泳烘烤過后）粘貼在車門處，可以規(guī)避焊裝用加強襯板的脫落及生銹風(fēng)險。發(fā)泡劑的用量及膠片厚度是影響涂裝加強襯板補強效果的兩大因素，發(fā)現(xiàn)當發(fā)泡劑用量為1.5%，厚度為0.8～1.0mm時，補強效果好，且成本較低，性價比最高。

關(guān)鍵詞：加強襯板;汽車車門;涂裝

中圖分類號：TQ639文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0108-04

汽車輕量化一方面響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，另一方面為主機廠降低了材料成本，提高了市場競爭力。其中，鈑金厚度減薄是汽車輕量化的一大措施，目前主流主機廠汽車外板的鈑金厚度在0.65-0.8mm之間，而未來的趨勢在0.6mm左右。

汽車鈑金厚度的減薄，首先影響了顧客的手感，這體現(xiàn)在顧客購買汽車的時候用手按壓車身鈑金，車門會出現(xiàn)凹坑，給顧客一種“皮兒薄”的感受，降低了顧客對該車安全性的感官評價。其次，影響了顧客駕乘舒適度，隨著鈑金厚度減薄，汽車在行駛過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的激勵，引起車門及其他側(cè)圍等部位的鈑金共振，導(dǎo)致發(fā)出“口哨聲”;另外，在關(guān)車門的時候，鈑金減薄顯著降低了關(guān)門聲品質(zhì)，在用力關(guān)車門的時候會感覺整個車身都在晃動，沒有厚重感。

為了解決汽車鈑金減薄帶來的問題，粘貼加強襯板是目前較好的選擇。加強襯板由玻璃絲布、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)聚強度，隔離紙作為隔離層，用以提升操作施工性。加強襯板與鈑金一起烘烤后能形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，增強鈑金剛性，提高車門的關(guān)門聲品質(zhì)，同時消除一部分怠速時車身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的低頻噪音，降低由發(fā)動機與路面引起的激勵相耦合，減少共振現(xiàn)象，提高NVH性能。

目前加強襯板主要是焊裝車間使用，但是在施工操作會有不少的問題：冬季焊裝車間氣溫相對低，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，若未及時發(fā)現(xiàn)，在成品車中可能會導(dǎo)致車門異響及車門鈑金生銹。為了改善上述性能，我司推出涂裝車間使用加強襯板，因為涂裝車間溫度基本保持在20-30℃，且電泳板表面有很多羥基等活潑基團，能夠有效改善冬季焊裝車間氣溫偏低和產(chǎn)品粘接力弱的問題，同時電泳板不易銹蝕，目前在一些主機廠得到了廣泛的應(yīng)用。

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

1 實驗部分

1.1原材料

改性環(huán)氧樹脂，南亞環(huán)氧樹脂（昆山）有限公司;環(huán)氧樹脂128，南亞環(huán)氧樹脂（昆山）有限公司;丁腈橡膠，賽可德（衡水）橡塑有限公司;碳五加氫石油樹脂，中國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，寧夏大榮實業(yè)集團有限公司;促進劑PN-50，日本味之素精細化學(xué)株式會社;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社;滑石粉，天津興發(fā)滑石粉廠。

1.2儀器與設(shè)備

微機控制電子萬能試驗機，型號CMT4204，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司;送風(fēng)定溫恒溫箱，型號DKM410C，重慶雅馬拓科技有限公司;數(shù)顯卡尺，型號111N-101GA，桂林廣陸數(shù)字測控股份有限公司;分析天平，型號XS204，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;鹽霧腐蝕試驗箱，型號LYW-025N，上海藍豹試驗設(shè)備有限公司;橡膠（塑膠）加壓式捏煉機，型號X（S）N，大連華韓橡塑機械有限公司。

1.3加強襯板的制備

將10%丁腈橡膠、2%碳五加氫石油樹脂、5%環(huán)氧樹脂128及少量滑石粉加入密煉機里進行密煉，得到半成品;再取適量半成品加入捏合機，隨后加入20%改性環(huán)氧樹脂、15%環(huán)氧128、2%炭黑、6%雙氰胺、2%促進劑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)移至擠出機中，按照0.83mm膠層厚度進行擠出，兩面分別覆上玻璃絲布和隔離紙，經(jīng)過滾壓，貼合密實，得到厚度為1mm的加強襯板成品，最后對其進行不同形狀的裁切。

1.4性能測試

電泳鋼板型號：DC01;尺寸150mm×25mm×0.8mm;

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

補強倍率、初始粘接力、燃燒持續(xù)性、抗沖擊性：按照QC/T851-2011規(guī)定進行測試。

耐鹽霧性：按照GB/T10125-1997中480h進行測試（電泳板尺寸150mm×150mm×0.8mm;加強襯板尺寸100mm×100mm×1.0mm）。

2結(jié)果與討論

2.1發(fā)泡倍率對補強效果的影響

對初始厚度1.0mm（包括0.83mm厚度膠層和0.17mm厚度玻璃絲布）加強襯板進行測試，在環(huán)氧樹脂用量一定的情況下，發(fā)泡劑的用量對產(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)品補強倍率也隨之增強。加強襯板由于發(fā)泡倍率增加，產(chǎn)品厚度增加，測試補強倍率時力矩增大，補強倍率明顯提高。在發(fā)泡劑用量1.5%時，2.5mm撓度時補強倍率為2.37，最大力撓度時補強倍率為4.56;而對應(yīng)該補強倍率時，0%發(fā)泡劑的加強襯板需要1.5～1.7mm厚度時才能達到該補強水平，相當于發(fā)泡型加強襯板減重33%-41%。但是當發(fā)泡劑用量繼續(xù)增加到3%時，對鋼板的補強程度開始下降，這是由于發(fā)泡劑過量導(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)聚強度，還會使產(chǎn)品長期耐吸潮性下降。由于發(fā)泡劑成本較高，高比例添加量會顯著的增加成本。綜上表明，發(fā)泡劑用量在1.5%時性價比最高。

2.2膠片厚度對補強效果的影響

當確定了發(fā)泡劑用量后，對不同厚度的加強襯板進行補強倍率測試，測試結(jié)果如表2。

從表2可以看出，隨著加強襯板厚度的不斷增加，對相應(yīng)鋼板的補強會有較大的提高。在初始厚度為1.0mm時，各撓度補強倍率即可滿足標準要求。在初始厚度為2.5mm時，2.5mm撓度補強倍率達到7.17，最大力補強倍率達到10.55，基本達到標準值的3倍，在一些特殊部位（鋼板薄弱處，或者車身內(nèi)地板局部需要飯金增強處），主機廠的設(shè)計工程師可能會需要這類高強度補強產(chǎn)品。

2.3加強襯板形狀對鈑金的影響

加強襯板隨著厚度增加，強度會有質(zhì)的飛躍，但這樣的高強度產(chǎn)品可能會導(dǎo)致產(chǎn)品貼附鈑金周圍出現(xiàn)凹坑/拉痕等應(yīng)力集中的問題，解決方案為對產(chǎn)品形狀（常規(guī)形狀如圖1）設(shè)計異形化，如圖2和圖3，這種方法增加了加強襯板邊緣與鈑金的接觸面積，可以分散車門/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)力集中問題，從而減輕或避免鈑金變形問題。

2.4涂裝加強板的發(fā)展方向

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

隨著國家法規(guī)逐漸完善，對汽車零部件的氣味性和VOC要求越來越嚴格。為貫徹落實《中國制造2025》（國發(fā)[2015]28號）和《大氣污染防治行動計劃》（國發(fā)[2013]37號），加快推進落實綠色制造工程實施指南，推進促進重點行業(yè)揮發(fā)性有機物削減，國家工信部、財政部于2016年7月8日聯(lián)合發(fā)布《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物削減行動計劃》。目標是到2018年，工業(yè)行業(yè)VOCs排放量比2015年削減330萬噸以上，其中低（無）VOCs膠粘劑使用量要達到85%以上。主機廠也對加強襯板的VOC提出了更高的要求;這就要求供應(yīng)商在選擇初級原材料時就要考慮原材料的VOCs情況，因為產(chǎn)品的VOCs主要是由化工原材料（合成橡膠/環(huán)氧樹脂/石油樹脂等）在制造過程的一些微量溶劑及小分子單體無法脫除造成的，這其實對我國基礎(chǔ)工業(yè)化學(xué)品制造行業(yè)提出了更高的要求。發(fā)泡型加強襯板的發(fā)泡劑為物理發(fā)泡劑，發(fā)泡后氣體不溢出擴散，不會對產(chǎn)品有氣味性影響。

涂裝加強襯板根據(jù)實際車型的情況，會有更多的主機廠采納使用。建議使用通用零件（尺寸為300mm×150mm×1mm;200mm×100mm×1mm），大小件配合使用，所有車型根據(jù)這2個尺寸配合使用，無需根據(jù)每個車型具體再行設(shè)計開發(fā)，直接借用，減少零部號，降低產(chǎn)品儲存和管理費用，降低成本;對供應(yīng)商來說能夠大批量生產(chǎn)，降低儲存管理費用，降低成本，前景廣闊。

有些主機廠目前在車門及側(cè)圍使用烘烤硬化鋼材質(zhì)，本身強度較大，不需要高倍率的補強，可考慮采用低厚度（0.7-0.8mm）的涂裝發(fā)泡型加強襯板，2.5mm撓度時補強倍率可以達到1.5倍以上，最大力補強倍率可以達到3倍。但是產(chǎn)品厚度受加工工藝影響，如果厚度過薄，對加工均勻度是一個嚴峻的考驗，產(chǎn)品越薄，產(chǎn)生的“空洞”就會越多，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

涂裝加強襯板的發(fā)泡劑用量為1.5%時，性價比最高。涂裝加強襯板1.0mm即可滿足大部分主機廠標準要求，若主機廠對補強倍率沒有較高要求，可考慮加強襯板為0.8mm厚度，降成本的同時，也能輕量化。涂裝加強襯板由于在減緩凹坑及拉痕方面有先天優(yōu)勢，后續(xù)得到較強關(guān)注。涂裝加強襯板未來的發(fā)展方向為高強度、低厚度、低VOC、低氣味、低固化溫度、低成本。