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，通過分析現(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、實施方法及應(yīng)用效益。

作為精細化學(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、高強度結(jié)構(gòu)膠、中強度和低強度結(jié)構(gòu)膠。折邊膠即屬于中強度結(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)用折邊膠的過程中，由于鋁材和膠的特性，存在質(zhì)量風(fēng)險。一方面，車身外覆蓋件造型多為復(fù)雜弧形曲面配合，強度過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，無法達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)上的獨特性及材料機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，通過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

折邊膠屬于中強度結(jié)構(gòu)膠，特點是具有一定的粘結(jié)強度，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)動機艙蓋折邊區(qū)域為車身的外露表面，采用傳統(tǒng)的電阻點焊等連接方式會產(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，來滿足連接強度要求，同時保證外觀質(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)動機艙蓋）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)過感應(yīng)加熱進行反應(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在獨立的膠泵中，并由獨立的管路輸送至計量/混合設(shè)備中，按照一定比例及流速在此混合，最后由機器人帶動的靜態(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45s左右的電感應(yīng)加熱預(yù)固化過程，才能起到粘結(jié)作用。

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

（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，造成停機或設(shè)備損壞；

（3）靜態(tài)混合管為一次性使用耗材，停機一段時間后再涂膠時需要更換新的混合管；

（4）需定期排膠沖洗整個涂膠系統(tǒng)，以保證管路通暢，并通過定量排膠測量混合比，兩種組份的比例不對將影響產(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)流程及實施方法

針對傳統(tǒng)單組份膠及雙組份折邊膠的應(yīng)用問題，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。詳細開發(fā)流程、步驟如圖4所示。

具體實施方法如下：

（1）調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)有折邊膠應(yīng)用情況 通過全球信息共享，技術(shù)文獻查閱及與膠粘劑材料供應(yīng)商探討，搜集國內(nèi)外現(xiàn)有折邊膠應(yīng)用的種類，總結(jié)各種膠的應(yīng)用特點及實際應(yīng)用中存在的問題，為開發(fā)適用于鋁制零件的單組份折邊膠進行技術(shù)儲備。
（2）膠型初選 通過調(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)中進行試用，測量油漆烘烤后尺寸變形情況，進行膠接破壞性實驗，測量粘接強度、線性膨脹系數(shù)等數(shù)據(jù)。初選試驗結(jié)果如表1所示。

（3）通過配方改進開發(fā)新膠 對初步篩選出的兩種單組份膠進行配方改進。通過不斷試驗，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，并通過調(diào)整增韌劑、固化劑、交聯(lián)劑和催化劑等成分進一步優(yōu)化材料的物理特性、化學(xué)性能等各項參數(shù)指標(biāo)，使新膠對鋁板材料的粘結(jié)附著性能更好、強度增強，在油漆烘烤過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)場應(yīng)用驗證 配方改進后的新膠在鋁制前蓋上進行小批量的現(xiàn)場驗證，確保經(jīng)過油漆烘烤的鋁前蓋強度和尺寸完全滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。通過斷面切割及膠接區(qū)域破壞性實驗驗證膠的強度及粘結(jié)性能， 通過檢具測量電泳前、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)對照 。

（5）新膠材料認(rèn)證 針對新型單組份折邊膠進行剪切、拉伸強度測試，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)驗證 針對采用新型折邊膠的鋁前蓋總成子系統(tǒng)進行試驗驗證，包括耐久性試驗、行人保護試驗和前部碰撞試驗等，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 經(jīng)過一系列的試驗室試驗及零件級總成試驗后，為了進一步驗證該膠性能，須進行大批量應(yīng)用并跟蹤測量，以確認(rèn)尺寸質(zhì)量和強度在批量使用過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題，單對一個車型來說，每年可產(chǎn)生不菲的經(jīng)濟效益：一方面，涂膠系統(tǒng)簡單，與原有雙組份系統(tǒng)相比節(jié)省一套涂膠泵、管路、計量/混合器及復(fù)雜的配比控制系統(tǒng)；減少設(shè)備維護和停機時間；減少設(shè)備備件及靜態(tài)混合管耗材；減少系統(tǒng)排膠、配比過程中的材料損耗約 20%。另一方面，單組份膠無需感應(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)約運營中的電能消耗14965kWh，降低30%的材料成本。

結(jié)語

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