李富強 張愛平 李丹彤 商中偉 朱 府

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

車底抗石擊防護膠在汽車上的應(yīng)用

李富強 張愛平 李丹彤 商中偉 朱 府

（北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

介紹了4種車底抗石擊防護膠的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點。在PVC型抗石擊防護膠中，發(fā)泡型產(chǎn)品的輕量化與隔音降噪性能最好，抗沖擊性能介于普通型和低密度型之間；水性丙烯酸酯型防護膠與PVC型相比對環(huán)境友好，但是成本較高。

車底抗石擊防護膠；瀝青；聚氨酯；PVC；聚丙烯酸酯

抗石擊防護膠主要用于汽車車底、擋泥板等部位，能有效防止汽車在行駛過程中受到碎石、泥砂等撞擊而造成嚴重毀損和銹蝕，延長汽車的使用壽命，并且能有效地降低汽車運行中產(chǎn)生的振動和噪聲[1,2]。該產(chǎn)品噴涂在車身電泳漆表面，經(jīng)過油漆烘烤工藝固化后，達到要求的使用性能。

近年來，隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，抗石擊防護膠的產(chǎn)品種類和性能均有較大改善和提升。本文介紹了常用的4種抗石擊防護膠的應(yīng)用現(xiàn)狀及優(yōu)缺點。

1 車底抗石擊防護膠的種類

車底抗石擊防護膠是數(shù)十種汽車用膠粘劑中用量最大的一種，幾乎占汽車用膠總量的一半。車底抗石擊防護膠主要有聚丙烯酸酯型、PVC（聚氯乙烯）塑溶膠型、聚氨酯型和瀝青型。上世紀80年代中期以前，瀝青基抗石擊防護膠曾長期被采用，它具有較好的防腐、耐水性能，且成本低廉，但其機械強度低、耐砂石沖擊性差，尤其是耐高溫性能欠佳[3]，同時還存在容易起泡、脆裂、石棉致癌等弊端，瀝青基防護膠已逐漸消失。聚氨酯系防護膠綜合性能好，固化后表面平整、細膩，具有良好的外觀裝飾效果，但成本較高，且施工不方便，在生產(chǎn)過程中需進行攪拌防止溶劑析出，同時又要避免防護膠因溫度過高而凝結(jié)，烘干過程中也需隨時控制升溫速度，防止升溫過快造成涂層針孔。由于成本和施工方面的限制，聚氨酯型抗石擊防護膠的推廣應(yīng)用具有一定的局限性。PVC塑溶膠在我國的研究和應(yīng)用起步較晚，80年代以后，隨著一些汽車制造廠從國外引進車型和技術(shù)，以及改型換代產(chǎn)品的投產(chǎn)，人們逐漸開始使用PVC塑溶膠作為抗石擊防護膠，此膠以優(yōu)異的性能、低成本迅速普及。但PVC塑溶膠是含氯材料，在降解過程中產(chǎn)生含氯的氣體，對環(huán)境和人體健康造成危害。開發(fā)應(yīng)用無PVC樹脂的環(huán)保型抗石擊涂料已是當今發(fā)展趨勢，聚丙烯酸酯型抗石擊防護膠是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的環(huán)保型汽車防護膠，它不含氯材料，在分解的過程中釋放的氣體為碳氫化合物，對環(huán)境和人體不造成危害。本文主要介紹目前應(yīng)用較廣泛的3種PVC型和聚丙烯酸酯型抗石擊防護膠。

2 PVC車底抗石擊防護膠

PVC車底抗石擊防護膠是以聚氯乙烯樹脂為主體成分，同時加入塑化劑、穩(wěn)定劑、添加劑、增粘劑等混合而成的加熱硬化型糊狀涂料。聚氯乙烯為主要成分，使固化后的涂膜具備良好的彈性、抗腐蝕性和耐石擊性能等各項力學性能。塑化劑可使底涂膠漿糊化，使聚氯乙烯的可塑性增加，調(diào)節(jié)黏度，方便操作及成膜。穩(wěn)定劑能提高涂料在較高溫度下的穩(wěn)定性，改善防護膠的貯存穩(wěn)定性，防止涂層在高溫發(fā)生變色和降解。添加劑具有增韌補強、改善流平性和觸變性、提高成型性的作用，同時降低了防護膠的原材料成本。增粘劑在加熱過程中與環(huán)氧電泳漆羥基（-OH）反應(yīng)，形成良好的配位鍵，從而產(chǎn)生化學粘附作用，大大增加涂層對電泳漆的附著力，形成粘接強度高、力學性能好的彈性體。

目前PVC車底抗石擊防護膠有普通型、低密度型和發(fā)泡型等，低密度型和發(fā)泡型是基于汽車輕量化和隔音降噪的需求在普通型基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

2.1 普通型PVC抗石擊防護膠

普通型PVC抗石擊防護膠是最早出現(xiàn)的PVC型底涂防護膠，其具有優(yōu)異的抗石擊防腐蝕性能和低廉的成本，同時操作方便，目前仍為大多數(shù)汽車廠所采用，屬于一般技術(shù)水平的通用型產(chǎn)品。

2.1.1 固化機理

PVC底涂防護膠的固化過程屬物理變化，在40～80℃開始產(chǎn)生緩慢的反應(yīng)（塑化劑濕潤PVC粒子，產(chǎn)生膨潤），在高于80 ℃后膨潤急速進行，最終塑化劑與PVC完全熔融成為一體，完成固化過程。涂層完全固化需要140 ℃/30 min。因此，涂膜需經(jīng)140 ℃以上烘烤溫度、歷時30 min使之充分塑化，才能使性能達到最佳狀態(tài)[4,5]。

2.1.2 PVC抗石擊防護膠的發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)大部分轎車生產(chǎn)廠家都已經(jīng)在車底使用了抗石擊防護膠，每臺車的PVC防護膠用量最高可達10 kg以上。隨著車輛使用年限的延長和車速的加快，對汽車底盤防護膠的抗石擊性能要求大大提高，為了提高其抗石擊性，要求增加抗石擊防護膠的膜厚，大幅度增加涂膜厚度會急劇增加防護膠的用量，并且會使汽車重量增加，能耗增大，不利于汽車的輕量化設(shè)計，因此，如何使抗石擊防護膠輕量化，以便在保證抗石擊性能的前提下，降低防護膠的用量和汽車的油耗，就成為底涂防護膠研究的一個重要課題。

2.2 低密度PVC抗石擊防護膠

低密度抗石擊防護膠是在汽車輕量化要求的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的，為了使抗石擊防護膠達到輕量化的目的，在普通型防護膠中加入無機中空填料，如中空玻璃球、硅藻土中空球、中空碳酸鈣等，以此來降低抗石擊底涂膠的密度。但是，無機中空填料在受到外力沖擊時容易破碎，導致涂膜耐沖擊性下降，尤其是在低溫狀態(tài)，所以防護膠中無機中空填料的含量必須控制在合適的范圍內(nèi)，既可以保證底涂防護膠的抗沖擊性，又能達到其輕量化的目的。部分汽車廠對低密度底涂的抗沖擊性能有所顧忌，所以暫未得到大范圍應(yīng)用。

2.3 發(fā)泡型PVC抗石擊防護膠

為了解決低密度防護膠無機中空填料抗沖擊性能差的問題，改為發(fā)泡塑料中空體，即在普通防護膠中添加塑料發(fā)泡劑，發(fā)泡劑受熱后產(chǎn)生氣體膨脹，使固化成膜后的防護膠具有了一定的膨脹率，由于塑料中空體的密度非常低（0.02～0.05），可使涂膜密度大大降低[6]，進而達到汽車輕量化的目的。同時，塑料發(fā)泡劑壓縮回彈性好，受到局部沖擊時緩沖強度高，不易破碎，抗沖擊性能較好。塑料發(fā)泡劑雖然最大限度的減少了產(chǎn)品自身強度的降低，但由于中間為空腔，部分削弱了防護膠的強度，抗沖擊性能還是略遜于普通型。

2.3.1 發(fā)泡機理

發(fā)泡劑的種類很多，從產(chǎn)生發(fā)泡氣體的機理來看,有化學發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑2大類，化學發(fā)泡劑是指發(fā)泡劑在受熱時發(fā)生熱分解放出氣體，使塑料基材發(fā)泡；而物理發(fā)泡劑在受熱時不發(fā)生分解，而是靠受熱時本身的蒸氣壓使塑料基材發(fā)泡。發(fā)泡防護膠中的發(fā)泡劑一般為物理發(fā)泡劑，塑料中空發(fā)泡劑在受熱后中間氣體膨脹使塑料基材形成彈性良好的密閉球體，發(fā)泡機理如圖1所示。

圖1 發(fā)泡型防護膠的發(fā)泡機理Fig.1 Foaming mechanism of foamingtype protective coating

2.3.2 隔音降噪性能

發(fā)泡型抗石擊防護膠，利用多孔性材料的特性阻抗，可以提升其隔音降噪的性能，當汽車在行駛過程中受到砂石沖擊時，砂石沖擊波在防護膠的微孔中產(chǎn)生摩擦和粘滯阻力，聲波轉(zhuǎn)化為熱能被吸收，使汽車在行駛過程中的砂石沖擊對駕駛者的影響降到最小。

圖2為發(fā)泡底涂膠和普通底涂膠吸聲系數(shù)的對比結(jié)果，吸聲系數(shù)越大，噪聲在通過涂膜時的損失就越大。由圖2可知，同一類型防護膠，涂膜越厚吸音系數(shù)越大，吸聲效果越好。相同涂膜厚度下，發(fā)泡型比普通型吸聲系數(shù)大，吸聲效果好。

圖3為發(fā)泡型和普通型底涂防護膠隔聲量對比結(jié)果，隔聲量越大，對通過涂膜的噪聲的阻抗作用越大。由圖3可知，同一類型防護膠（發(fā)泡型或普通型），涂膜越厚隔聲量越大，阻抗效果越好。相同涂膜厚度下，發(fā)泡型比普通型隔聲量大，隔聲效果好。

圖2 發(fā)泡型和普通型吸聲系數(shù)對比Fig.2 Comparison of acoustic absorptivity between foaming type and common type coatings

圖3 發(fā)泡型和普通型隔聲量對比Fig.3 Comparison of sound insulation between foaming type and common type coatings

3 水性丙烯酸抗石擊防護膠

水性丙烯酸抗石擊防護膠與PVC抗石擊防護膠相比具有以下特點：

3.1 環(huán)境友好性

水性丙烯酸底涂防護膠的主體材料是聚丙烯酸酯，由于其不含氯元素，在高溫分解的過程中沒有含氯的氣體放出，對環(huán)境友好，后續(xù)處理完全環(huán)保。

同時，水性丙烯酸底涂防護膠的溶劑為水，在烘烤固化的過程中釋放的溶劑為水，減少了VOC排放，有利于現(xiàn)場操作人員的身體健康和環(huán)保。

3.2 優(yōu)異的外觀

水性丙烯酸型防護膠比傳統(tǒng)的PVC型具有更優(yōu)異的烘烤后外觀，丙烯酸樹脂本身具有相當好的流動性，保證了體系最終具有良好的流動性。烘烤后外觀很光滑，尤其是在對外觀要求較高的門檻部位表現(xiàn)比較突出。

3.3 節(jié)能

水性丙烯酸酯型防護膠使用的塑化溫度較低，PVC型塑化溫度一般為（140～160）℃，而丙烯酸酯的塑化溫度為（130～140）℃，降低了能源消耗。

3.4 耐久性能

與聚氯乙烯樹脂相比丙烯酸樹脂耐紫外線、耐熱性好，抗老化性能優(yōu)于聚氯乙烯防護膠, 可賦予涂膜優(yōu)良的耐久性能。

水性丙烯酸酯防護膠在美國、日本等國家，尤其是在日系車型上幾乎全部應(yīng)用了以丙烯酸酯為主體的抗石擊防護膠，為了順應(yīng)此發(fā)展趨勢，2007年巴斯夫?qū)W洲水性底涂涂料工廠擴產(chǎn)[7]。但目前由于其價格較高，如果沒有強制性環(huán)保法規(guī)的出臺，聚丙烯酸酯型抗石擊防護膠在短期內(nèi)可能無法實現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

介紹了4種汽車抗石擊防護膠，并對其性能進行了對比分析。PVC型抗石擊防護膠中，發(fā)泡型的輕量化和隔音降噪性能最好，抗沖擊性能介于普通型和低密度型之間；丙烯酸型與PVC型相比對環(huán)境友好，但是目前成本較高。

[1]曾謹霖.汽車涂料的現(xiàn)狀及發(fā)展淺析[J].湘潭化工, 1993(1):12.

[2]韓景平.汽車功能涂料的新進展[J].材料導報, 1996(1):6.

[3]王美華.國外汽車耐石擊涂料技術(shù)進展[J].涂料與應(yīng)用,1993(1):8.

[4]中國公路學會客車分會和江蘇省交通科學研究院.客車制造工藝技術(shù)[M].第2 版.北京:人民交通出版社,2008.

[5]佚名.PPG 隆重推出CORASHIELD 水性抗石擊涂料[J].化學工業(yè),2009(9).

[6]呂群.汽車用耐石擊涂料的中空體填料—微泡VDC共聚樹脂[J].化工新型材料,1997(4):13.

[7]巴斯夫?qū)W洲水性底涂涂料工廠擴產(chǎn)[J].聚氨酯,2008(1):13.

Application of stone chip-protection coating for underbody of vehicle

LI Fu-qiang,ZHANG Ai-ping,LI Dan-tong,SHANG Zhong-wei,ZHU Fu
（Beijing Automotive Technology Center Co.,ltd.,Beijing 101300,China)

The article introduced the application status as well as the advantage and disadvantage of four kinds of stone hip-protection coatings for the underbody of vehicles. Among PVC based coatings,the light-weighting and noise-resistance properties of foaming type coatings are the best, but their stone chip-resistance property is between the common type and lowdensity type coatings. Compared with the PVC based coatings, the water-based acrylic coatings are enviroment friendly and high-cost.

TQ437+.4

A

1001-5922（2015）02-0055-04

2014-09-01

李富強（1979-），男，工程師。研究方向：汽車涂裝工藝。E-mail：lifuqiang@beijing-atc.com.cn。

張愛平（1980-），女，工程師，研究方向：汽車化工材料。E-mail：zhangaiping@beijing-atc.com.cn。