淺析結(jié)構(gòu)膠粘劑在汽車制造中的應(yīng)用

隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展和性能要求的提高，結(jié)構(gòu)膠粘劑在汽車制造中扮演著重要角色。用于連接和固定汽車的各個部件，實現(xiàn)不同材料之間的連接。膠粘技術(shù)能夠替代傳統(tǒng)的焊接、鉚接等技術(shù)，提供強大的粘接性能和結(jié)構(gòu)支撐，以滿足汽車在不同工況下的使用要求。同時，粘接技術(shù)也是解決汽車噪聲、振動和舒適性等NVH問題的重要手段之一。

01  結(jié)構(gòu)膠的種類及組成

從整個行業(yè)來看，結(jié)構(gòu)膠一般指強度高（壓縮強度>65MPa,鋼-鋼正拉粘接強度>30MPa，抗剪強度>18MPa）,能承受較大荷載，且耐老化、耐疲勞、耐腐蝕，在預(yù)期壽命內(nèi)性能穩(wěn)定，適用于承受強力的結(jié)構(gòu)件粘接的膠粘劑。結(jié)構(gòu)膠的種類多種多樣，常見的包括環(huán)氧膠、聚氨酯膠、丙烯酸膠、硅橡膠等。通常由聚合物、流變劑、固化劑、附著促進劑、填料、增韌劑和助劑七個組分構(gòu)成。目前，環(huán)氧樹脂型結(jié)構(gòu)膠是國內(nèi)外膠粘企業(yè)的主要產(chǎn)品類型。按其組成的不同，可分為單組分和雙組分兩種類型。單組份結(jié)構(gòu)膠通過高溫固化，而雙組份結(jié)構(gòu)膠通過發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)粘接作用，一般不需要加熱。

  

02  結(jié)構(gòu)膠的性能及測試方法 

結(jié)構(gòu)膠的性能包括粘接強度、拉伸強度、剪切強度、剝離強度、抗剪切性、耐熱性、耐候性等。這些性能可以通過一系列的測試方法來評估，如拉伸試驗、剪切試驗、剝離試驗、熱老化試驗、濕熱老化試驗等。各主機廠在使用前也對此材料性能提出了相應(yīng)要求，其對驗證測試項目、限值、試驗方法等相關(guān)要求略有差別，例如，表1為某車身結(jié)構(gòu)膠固化后的性能要求。

      

03  結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用部位及作用 

結(jié)構(gòu)膠常被用于車身鈑金件的連接，這些結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品與點焊等工藝同時使用，可以提高車身結(jié)構(gòu)件疲勞強度、車身的剛度和耐沖撞性能。其中，結(jié)構(gòu)膠在車身上的主要應(yīng)用區(qū)域有

防火板、地板、防護板和車頂蓋及加強梁

發(fā)動機艙和縱梁

立柱、側(cè)圍和內(nèi)增強板

車門、發(fā)動機罩和尾板 

04  環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠粘接方法

               

    

01.實驗室粘接      

環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑（EP）是一種常用的粘接材料，具有很強的粘接力和耐化學(xué)性能，即使在較小的間隙（約為0.3~0.5mm）下，也能達到最高強度。它通常由兩個組分組成：環(huán)氧樹脂和固化劑。當這兩個組分混合在一起時，會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成強大的粘接力。這種粘結(jié)劑具有很高強度，應(yīng)用于與碰撞相關(guān)的承載結(jié)構(gòu)。使用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑進行粘接時，主要的步驟和過程

表面準備：首先，需要確保被粘接的表面干凈、干燥，并且沒有油脂或其他污染物?？梢允褂眠m當?shù)那鍧崉┖凸ぞ邅砬鍧嵄砻妗?/span>

粘接劑應(yīng)用：將單組分加熱硬化型環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑產(chǎn)品涂抹在需要粘接的表面上。確保涂覆均勻，并注意避免過量的粘結(jié)劑。

加熱：將涂覆了粘結(jié)劑的表面加熱到粘結(jié)劑的活化溫度。這可以通過熱風槍、烤箱或其他加熱設(shè)備來實現(xiàn)。加熱的目的是使粘結(jié)劑開始固化，并形成強大的粘接。

粘接：在加熱后，將需要粘接的部件緊密貼合，并施加適當?shù)膲毫?，確保良好的接觸。壓力可以通過夾具、夾緊裝置或其他適當?shù)姆绞绞┘印?/span>

固化：隨著時間的推移，加熱硬化型環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑會逐漸固化。

02.汽車制造粘接     

 在車身制造過程中，主要采用單組分加熱硬化型環(huán)氧樹脂（EP）粘結(jié)劑產(chǎn)品。這種粘接劑在進行KTL干燥器（陰極電泳涂漆）時，可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且能夠承受高于180℃的溫度。相比之下，雙組分粘結(jié)劑需要混合兩種組分，可以在室溫下或在某些情況下通過KTL干燥器內(nèi)的反應(yīng)來發(fā)生粘接劑的硬化。

 由于汽車制造過程的特殊性，以及作為交通工具的汽車要面臨的不同道路狀況和氣候條件，因此，汽車用膠粘必須充分滿足和適應(yīng)汽車制造廠中的生產(chǎn)工藝——大批量、流水線生產(chǎn)及應(yīng)用性能要求。出于質(zhì)量，成本和效率的考慮，傳統(tǒng)的工人手動涂膠的工序正逐步被機器人自動化所代替。機器人自動涂膠設(shè)備主要包含：機器人、對中臺、固定式涂膠槍、供膠泵、輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、檢測裝置、清洗裝置等。以FANUC機器人某標準涂膠系統(tǒng)為例，其工作流程如下：

1) 車身進入涂膠工位前，通過光電傳感器進行車型識別，并對比識別結(jié)果和RFID獲取的車型信息，如果不同，操作工人通過GUI界面手動輸入車型；

2) 車身進入涂膠工位后，視覺系統(tǒng)對車體進行拍照，獲取車體在機運線上的空間位置偏移數(shù)據(jù)；

3) 涂膠機器人對相應(yīng)的涂膠程序進行偏移后開始涂膠；

4) 涂膠完成，機器人發(fā)出涂膠結(jié)束信號至系統(tǒng)總控PLC，機運線將車身移出工位，等待下一車身到來；

5) 循環(huán)。

05  國內(nèi)外汽車用膠市場現(xiàn)狀 

       

據(jù)中國膠粘劑和膠粘帶工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2010 年以來我國膠粘劑行業(yè)銷售額高速增長，2020 年我國膠粘劑行業(yè)總產(chǎn)量約 709 萬噸，市場規(guī)模約 1006.4 億元，同比分別增長 4.41%和 3.58%。2016年，全球汽車膠粘劑市場價值37.71億元，預(yù)計到2023年，將達到54.59億元，年復(fù)合增長率為5.4%。汽車整車產(chǎn)量影響汽車制造用膠需求量，據(jù)Wind，2021年國內(nèi)汽車累計產(chǎn)量達到2608.2萬輛，同比增長3.4%。據(jù)《中國汽車膠粘劑、密封膠行業(yè)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀》的報道，每輛汽車的用膠量通常在20-40kg之間。根據(jù)新材料在線的數(shù)據(jù)，2019年國內(nèi)汽車工業(yè)用膠粘劑市場規(guī)模已超過50萬噸，2025 年我國汽車膠粘劑需求量有望 提升至 65.91 萬噸。

汽車行業(yè)的快速發(fā)展和環(huán)保意識的增強，車身輕量化成為汽車研發(fā)中的重要指標。在這一趨勢下，結(jié)構(gòu)膠作為一種先進的連接技術(shù)在汽車制造中得到廣泛應(yīng)用。通過以粘代焊、異種材料的粘接以及提升車身剛度等方式，結(jié)構(gòu)膠為汽車制造帶來了許多優(yōu)勢，如減少焊點撕裂、提高車身強度和剛度、降低重量和提高燃油效率等。膠粘制品在汽車制造中的廣泛應(yīng)用，帶來了汽車制造技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，為我們創(chuàng)造更安全、更節(jié)能、更環(huán)保的汽車出行體驗，還為汽車制造帶來了更高的效率和可持續(xù)性發(fā)展。