鋁制零件用單組份折邊膠開發(fā)及應(yīng)用

本文基于車身折邊膠的應(yīng)用特點(diǎn)，通過(guò)分析現(xiàn)有鋁制零件用雙組份折邊膠在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，探討了一種新型鋁制零件用單組份折邊膠的開發(fā)流程、實(shí)施方法及應(yīng)用效益。

作為精細(xì)化學(xué)品的膠粘劑在轎車車身上的應(yīng)用非常廣泛，以功能可分為密封膠、減振膠、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠、中強(qiáng)度和低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠。折邊膠即屬于中強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠，主要應(yīng)用于轎車車身四門兩蓋內(nèi)、外板折邊區(qū)域的鈑金零件連接。鋁制零件應(yīng)用折邊膠的過(guò)程中，由于鋁材和膠的特性，存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。一方面，車身外覆蓋件造型多為復(fù)雜弧形曲面配合，強(qiáng)度過(guò)高而韌性不足的折邊膠在油漆烘烤固化后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力將引起車身零件的尺寸變形，無(wú)法達(dá)到令人滿意的造型效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量。一方面，由于鋁材在表面微觀形態(tài)上的獨(dú)特性及材料機(jī)械性能上與鋼材的差異，傳統(tǒng)單組份折邊膠在鋁制零件上的應(yīng)用表現(xiàn)為附著性能差、烘烤后零件尺寸變形大，無(wú)法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。因此，開發(fā)一種適用于鋁制零件用的折邊膠對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

本文基于車身折邊膠的應(yīng)用特點(diǎn)，通過(guò)分析車身鋁制零件用傳統(tǒng)單組份膠和雙組份折邊膠的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，介紹了一種鋁制零件用單組份折邊膠的開發(fā)方法和取得的效益，為提高鋁制零件制造質(zhì)量和節(jié)能環(huán)保提供了參考。

車身折邊膠的應(yīng)用

折邊膠屬于中強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠，特點(diǎn)是具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，還有密封、防腐、抗沖擊和耐高溫的性能，主要應(yīng)用于轎車車身四門兩蓋內(nèi)、外板折邊區(qū)域的鈑金零件連接，如圖1所示。由于發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋折邊區(qū)域?yàn)檐嚿淼耐饴侗砻?，采用傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊等連接方式會(huì)產(chǎn)生表面缺陷影響美觀，只能采用內(nèi)外板壓合并在結(jié)合面填充折邊膠的方式，來(lái)滿足連接強(qiáng)度要求，同時(shí)保證外觀質(zhì)量，如圖2所示。

雙組份折邊膠的應(yīng)用局限性

國(guó)內(nèi)外汽車業(yè)采用的折邊膠主要包括雙組份和單組份兩種。單組份膠僅適用于鋼制零件，在鋁制零件上采用現(xiàn)有的單組份折邊膠容易產(chǎn)生烘烤變形的質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響整車匹配質(zhì)量。

雙組份丙稀酸類材料作為鋁制前蓋（發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋）折邊膠，是兩種組份的膠按照一定比例在膠槍管中混合，施工到零件上后，經(jīng)過(guò)感應(yīng)加熱進(jìn)行反應(yīng)固化，從而起到粘接作用。其應(yīng)用原理如圖3所示，兩種組份的膠粘劑分別存儲(chǔ)在獨(dú)立的膠泵中，并由獨(dú)立的管路輸送至計(jì)量/混合設(shè)備中，按照一定比例及流速在此混合，最后由機(jī)器人帶動(dòng)的靜態(tài)混合管涂布到內(nèi)板（或外板）零件上。涂膠后的零件在完成內(nèi)、外板拼合折邊工藝后，還需固定在夾具上在80～110℃下經(jīng)過(guò)45s左右的電感應(yīng)加熱預(yù)固化過(guò)程，才能起到粘結(jié)作用。

實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，雙組份折邊膠雖能較好地解決鋁板粘結(jié)強(qiáng)度與尺寸變形之間的矛盾，但在設(shè)備應(yīng)用及維護(hù)方面存在如下缺點(diǎn)，造成了材料的浪費(fèi)及成本的增加：

（1）與普通的單組份膠相比，需增加一套膠泵、管路、混合設(shè)備及高精度的控制系統(tǒng)，導(dǎo)致初始設(shè)備投資上升一倍以上；

（2）設(shè)備磨損后，兩種膠在計(jì)量/混合設(shè)備中滲漏，提前相遇引起固化反應(yīng)，堵塞設(shè)備，造成停機(jī)或設(shè)備損壞；

（3）靜態(tài)混合管為一次性使用耗材，停機(jī)一段時(shí)間后再涂膠時(shí)需要更換新的混合管；

（4）需定期排膠沖洗整個(gè)涂膠系統(tǒng)，以保證管路通暢，并通過(guò)定量排膠測(cè)量混合比，兩種組份的比例不對(duì)將影響產(chǎn)品質(zhì)量；

（5）需要感應(yīng)加熱設(shè)備，增加設(shè)備投資且每年的電能消耗量大；

（6）材料成本高。

新型鋁制零件用單組份折邊膠

1.開發(fā)流程及實(shí)施方法

針對(duì)傳統(tǒng)單組份膠及雙組份折邊膠的應(yīng)用問(wèn)題，我們依托某車型鋁制前蓋，開發(fā)出一種使用方便、綠色環(huán)保、成本低廉且適用于鋁制零件的單組份折邊膠。詳細(xì)開發(fā)流程、步驟如圖4所示。

具體實(shí)施方法如下：

（1）調(diào)研國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有折邊膠應(yīng)用情況 通過(guò)全球信息共享，技術(shù)文獻(xiàn)查閱及與膠粘劑材料供應(yīng)商探討，搜集國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有折邊膠應(yīng)用的種類，總結(jié)各種膠的應(yīng)用特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，為開發(fā)適用于鋁制零件的單組份折邊膠進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。
（2）膠型初選 通過(guò)調(diào)研，初步選出最有可能適用的幾種單組份膠，并在某車型鋁制前蓋生產(chǎn)中進(jìn)行試用，測(cè)量油漆烘烤后尺寸變形情況，進(jìn)行膠接破壞性實(shí)驗(yàn)，測(cè)量粘接強(qiáng)度、線性膨脹系數(shù)等數(shù)據(jù)。初選試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

（3）通過(guò)配方改進(jìn)開發(fā)新膠 對(duì)初步篩選出的兩種單組份膠進(jìn)行配方改進(jìn)。通過(guò)不斷試驗(yàn)，將原有膠粘劑的PVC基料改為環(huán)氧-丙烯酸結(jié)合PVC的基料，并通過(guò)調(diào)整增韌劑、固化劑、交聯(lián)劑和催化劑等成分進(jìn)一步優(yōu)化材料的物理特性、化學(xué)性能等各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，使新膠對(duì)鋁板材料的粘結(jié)附著性能更好、強(qiáng)度增強(qiáng)，在油漆烘烤過(guò)程中的線性膨脹系數(shù)與鋁板更為接近，膠與板材同步膨脹和收縮，以減小最終冷卻固化后的零件變形及殘余應(yīng)力。

（4）車間現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證 配方改進(jìn)后的新膠在鋁制前蓋上進(jìn)行小批量的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，確保經(jīng)過(guò)油漆烘烤的鋁前蓋強(qiáng)度和尺寸完全滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。通過(guò)斷面切割及膠接區(qū)域破壞性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證膠的強(qiáng)度及粘結(jié)性能， 通過(guò)檢具測(cè)量電泳前、后的前蓋總成零件尺寸變形，如圖7所示；新膠與現(xiàn)有單組份膠油漆烘烤后尺寸變形結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)照 。

（5）新膠材料認(rèn)證 針對(duì)新型單組份折邊膠進(jìn)行剪切、拉伸強(qiáng)度測(cè)試，如圖9、10所示，獲取主要性能參數(shù)如表2所示。

（6）子系統(tǒng)驗(yàn)證 針對(duì)采用新型折邊膠的鋁前蓋總成子系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，包括耐久性試驗(yàn)、行人保護(hù)試驗(yàn)和前部碰撞試驗(yàn)等，以保證使用新膠的零件能夠滿足整車性能。

（7）批量生產(chǎn)試驗(yàn) 經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)室試驗(yàn)及零件級(jí)總成試驗(yàn)后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證該膠性能，須進(jìn)行大批量應(yīng)用并跟蹤測(cè)量，以確認(rèn)尺寸質(zhì)量和強(qiáng)度在批量使用過(guò)程中仍能夠滿足要求。

2.應(yīng)用效益分析

鋁制零件單組份折邊膠的成功應(yīng)用，解決了上文所述雙組份膠存在的六大問(wèn)題，單對(duì)一個(gè)車型來(lái)說(shuō)，每年可產(chǎn)生不菲的經(jīng)濟(jì)效益：一方面，涂膠系統(tǒng)簡(jiǎn)單，與原有雙組份系統(tǒng)相比節(jié)省一套涂膠泵、管路、計(jì)量/混合器及復(fù)雜的配比控制系統(tǒng)；減少設(shè)備維護(hù)和停機(jī)時(shí)間；減少設(shè)備備件及靜態(tài)混合管耗材；減少系統(tǒng)排膠、配比過(guò)程中的材料損耗約 20%。另一方面，單組份膠無(wú)需感應(yīng)加熱設(shè)備，不僅能夠節(jié)省設(shè)備初始投資，而且若以每月生產(chǎn)10000件產(chǎn)品估算，每年可節(jié)約運(yùn)營(yíng)中的電能消耗14965kWh，降低30%的材料成本。

結(jié)語(yǔ)

鋁制零件用單組份折邊膠的開發(fā)及成功應(yīng)用解決了長(zhǎng)期困擾生產(chǎn)一線的鋁制零件質(zhì)量問(wèn)題，這一應(yīng)用將汽車制造工業(yè)與社會(huì)追求環(huán)保、低碳和低成本的主旋律聯(lián)系在了一起，達(dá)到了一種雙贏的效果。實(shí)踐證明，鋁制零件用單組份折邊膠開發(fā)流程和方法對(duì)于汽車制造業(yè)用膠的開發(fā)具有推廣價(jià)值。