宋現(xiàn)爽，袁井麗，湯湧

（華晨汽車研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110005）

1 汽車輕量化及其技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，人們對(duì)節(jié)能環(huán)保的越來越重視，對(duì)于汽車工業(yè)而言，有效解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的方法主要有：提升傳動(dòng)系統(tǒng)效率[1]、改善燃油系統(tǒng)[2]和汽車輕量化[3]。其中，汽車輕量化可以提高汽車的動(dòng)力性，減少燃油消耗，降低排氣污染，是一種快速有效的方法。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，若汽車整車質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高7%左右[4]。輕量化帶來的突出優(yōu)點(diǎn)不僅是油耗顯著降低，同時(shí)還能提升車輛操控穩(wěn)定性和碰撞安全性能。目前車身輕量化主要技術(shù)方案有：優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)、改善車身材質(zhì)和改善生產(chǎn)技術(shù)，如圖1所示。目前，輕量化材料的研發(fā)及相關(guān)成型工藝逐步成熟，大規(guī)模地應(yīng)用于輕量化車身之上[5]，主要表現(xiàn)在鐵、普通鋼的用量逐漸減少，高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料及非金屬的復(fù)合材料等輕量化材料逐漸廣泛應(yīng)用于車身上。汽車車身正在經(jīng)歷著從鋼制車身—鋼鋁混合—鋁制車身的蛻變過程。傳統(tǒng)車身主要是鋼板組成，對(duì)應(yīng)的連接方式主要是點(diǎn)焊連接、鉚接和螺栓連接，點(diǎn)焊連接在同種材料之間的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，如鋁材與鋁材之間或鋼材與鋼材之間的連接[6]。輕量化車身所用材料日益呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)，傳統(tǒng)連接技術(shù)應(yīng)用于異種材料之間具有非常明顯的缺點(diǎn)，尤其非金屬材料之間的連接，傳統(tǒng)連接技術(shù)更不易完成。此外，隨著人們對(duì)車輛舒適度及聲品質(zhì)越來越重視，新型安全環(huán)保的車身用減震降噪產(chǎn)品的需求也越來越大。因此，應(yīng)用于汽車輕量化上的膠粘劑的研究日趨重要和迫切。

圖1 車身輕量化方法示例[5]

2 膠粘劑在汽車輕量化中的應(yīng)用

膠粘劑是一種起連接作用的物質(zhì)[7]，膠接技術(shù)是借助膠粘劑在固體表面上所產(chǎn)生的粘附力，將同種或異種材料牢固地連接在一起的方法，主要用于金屬和非金屬本身或者相互之間的連接、固定和密封。粘接的形式主要有兩種：非結(jié)構(gòu)型和結(jié)構(gòu)型。非結(jié)構(gòu)粘接是指表面粘涂、密封和功能性粘接，典型的非結(jié)構(gòu)膠包括表面粘接用膠黏劑、密封和導(dǎo)電膠黏劑等；結(jié)構(gòu)型粘接是將結(jié)構(gòu)單元用膠黏劑牢固地固定在一起粘接現(xiàn)象，多用于復(fù)合材料和金屬材料等連接，既有連接結(jié)構(gòu)，又起到補(bǔ)強(qiáng)作用[8]。采用粘接密封技術(shù)，具有一些傳統(tǒng)技術(shù)無法替代的優(yōu)點(diǎn)[9]：無鉆孔引起的應(yīng)力集中，連接效率高，適宜連接異形、異質(zhì)、薄壁、復(fù)雜的零件；結(jié)構(gòu)輕，抗疲勞、密封、減振及絕緣性好，有阻止裂紋擴(kuò)展作用，破損安全性好，能獲得光滑氣動(dòng)外形；不同材料連接無電偶腐蝕問題，工藝簡(jiǎn)便、操作容易，可節(jié)省能源，因而具有一定的經(jīng)濟(jì)效益[10]，如圖2所示，為結(jié)構(gòu)膠對(duì)車身剛度影響。

圖2 結(jié)構(gòu)膠對(duì)車身剛度影響[5]

圖3結(jié)構(gòu)膠在車身B柱上的應(yīng)用[5]

一輛轎車的車身，需要各種連接技術(shù)連接的搭邊長(zhǎng)度通常可以達(dá)到150米至200米的總長(zhǎng)度，當(dāng)然，這也取決于車輛的級(jí)別和大小。目前，部分較高端的車型已經(jīng)開始使用了膠接技術(shù)，如新Audi A6L的車身大量使用了結(jié)構(gòu)膠連接技術(shù)，寶馬七系中結(jié)構(gòu)膠的使用量已經(jīng)超過了10kg，Land Rover的前保險(xiǎn)杠和尾翼處也大量使用了結(jié)構(gòu)膠，如圖3所示為結(jié)構(gòu)膠在車身B柱上的應(yīng)用。隨著膠黏劑的不斷應(yīng)用與發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)被越來越多的人們發(fā)現(xiàn)，也為膠接技術(shù)在汽車車身上應(yīng)用提供了更廣闊的前景。下面主要介紹在汽車輕量化中起重要作用的幾種膠黏劑。

2.1 環(huán)氧類膠黏劑

環(huán)氧類膠黏劑是由環(huán)氧樹脂、固化劑、促進(jìn)劑、改性劑等組成的液態(tài)或固態(tài)膠黏劑[11]。環(huán)氧樹脂膠黏劑本身含有多種極性基團(tuán)（如羥基-OH和醚基-C-O-C-）和活性很大的環(huán)氧基，因而具有較好的黏結(jié)性能。當(dāng)加入固化劑后就發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而變成不熔的網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)的高聚物，高聚物中產(chǎn)生電磁鍵，使環(huán)氧基和表面形成化學(xué)鍵，從而使環(huán)氧分子和表面之間黏合[12]。樹脂的交聯(lián)是通過環(huán)氧基或羥基來實(shí)現(xiàn)的，固化的歷程主要有2種：用一種反應(yīng)性的中間介質(zhì)交聯(lián)或用催化均聚使樹脂分子直接偶合[13]。環(huán)氧類膠黏劑具有粘接強(qiáng)度高、耐化學(xué)介質(zhì)性好、耐溫性能好、電性能優(yōu)良、膠層收縮率小、可室溫固化、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[14]，可作折邊或點(diǎn)焊用膠用于焊裝車間，多應(yīng)用于車門、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和頂棚板等位置。此外，環(huán)氧類膠黏劑因其良好的耐油性、耐久性以及機(jī)械性能應(yīng)用在汽車粘接和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)上，且可以提高車身輕量化。但是，環(huán)氧類膠黏劑由于韌性差、易脆，存在著應(yīng)用上的局限性，需要通過改性方法提高產(chǎn)品的性能，向著高性能化和高功能化方向發(fā)展。

2.2 聚氨酯類膠黏劑

聚氨酯類膠粘劑是分子鏈中含有氨酯基（- NHCOO-）和/ 或異氰酸酯基（-NCO）類的膠黏劑[15]。由于含有-NH基和-NCO基，聚氨酯類膠粘劑有高度極性和活性，提高了對(duì)各種材料的粘結(jié)性，因此對(duì)各種金屬和非金屬材料都有較好的粘接強(qiáng)度和較大的韌性。此外它具有良好的耐低溫性能，特別是在超低溫下，粘接強(qiáng)度反而增加，具有很高的反應(yīng)性，能常溫固化，還有良好的耐溶劑性、耐油性和耐老化性能[14]。新型汽車結(jié)構(gòu)中引入大量的輕質(zhì)金屬、復(fù)合材料和塑料，造成汽車用膠黏劑和密封膠持續(xù)增長(zhǎng)[16]。在汽車上應(yīng)用最為廣泛的聚氨酯膠黏劑主要有裝配擋風(fēng)玻璃用單組分濕固化聚氨酯密封膠，粘接玻璃纖維增強(qiáng)塑料和片狀模塑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)膠黏劑，內(nèi)裝件用雙組分聚氨酯膠黏劑及水性聚氨酯膠等，以及汽車內(nèi)飾件也是膠黏劑用量增長(zhǎng)的一個(gè)領(lǐng)域[17]。但是聚氨酯類膠粘劑存在毒性大、耐熱性不好以及固化時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，且在環(huán)保要求的高度重視下，多功能和高強(qiáng)度性粘接、低VOC、快速固化等將是聚氨酯類膠粘劑未來的發(fā)展方向。

2.3 噴涂型水性阻尼類膠粘劑

阻尼涂料也稱減振降噪涂料，是一類由特定功能高分子材料和填料構(gòu)成的可有效抑制振動(dòng)和噪聲的特種功能涂料[18]?？蓢娡孔枘岵牧希↙ASD）是一種環(huán)境友好型聲學(xué)阻尼材料，無溶劑，VOC低，無化學(xué)反應(yīng)。與傳統(tǒng)的瀝青阻尼材料相比，不僅降噪效果更佳，而且可以降低車身重量和人工成本，多應(yīng)用于汽車的頂蓋、門板、儀表板、引擎蓋、行李箱蓋、地板、輪罩等部位。LASD涂料主要原料是水性乳液，在固化過程中揮發(fā)出來的主要是水分，因此可以大大降低VOC的排放。LASD在施工中目前采用的是機(jī)器人自動(dòng)工藝，需要左右各一個(gè)，從車窗處伸入到車內(nèi)進(jìn)行噴涂作業(yè)，可采用多孔噴涂或者扇面形式噴涂，且與其他工藝如焊縫密封膠同工位施工，提高了生產(chǎn)效率，改善了物流現(xiàn)象。目前應(yīng)用較多的為環(huán)保水性丙烯酸型的LASD材料。為提高阻尼涂料的性能，擴(kuò)大其使用范圍，綠色環(huán)保、寬溫域、寬頻、高復(fù)合損耗因子的水性阻尼涂料將會(huì)是未來研究的重點(diǎn)。

3 結(jié)論

綜上，膠粘劑在汽車強(qiáng)量化中的應(yīng)用具有很多優(yōu)點(diǎn)：與焊接、鉚接、螺栓連接相比，能連接不同的材料，如金屬和非金屬、復(fù)合材料，提高結(jié)構(gòu)的韌性、耐疲勞性、抗沖擊性和耐腐蝕性；增強(qiáng)汽車結(jié)構(gòu)、緊固防銹、隔熱減振和內(nèi)外裝飾的作用；代替某些部件的焊接、鉚接等傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)相同或不同材料之間的連接，同時(shí)達(dá)到減輕重量、降低能耗、簡(jiǎn)化組裝工序、提高制品質(zhì)量和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等。

但是國(guó)內(nèi)汽車膠的發(fā)展還存在很多問題：同類產(chǎn)品廠家多，特色不強(qiáng)；系列化程度比較差，缺少完全達(dá)到國(guó)外同類型的高性能產(chǎn)品；產(chǎn)品配套基本上被國(guó)外同類產(chǎn)品占領(lǐng)；分析、檢測(cè)、研發(fā)能力不強(qiáng)或是處于模仿狀態(tài)；高素質(zhì)的科技創(chuàng)新和工程技術(shù)人才匱乏；基礎(chǔ)研究幾乎為零；相互間的技術(shù)交流為零；評(píng)價(jià)手段不足，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定；有些基礎(chǔ)原材料性能得不到保障，個(gè)別原材料還的靠進(jìn)口；汽車用膠產(chǎn)品尚存在環(huán)保問題；缺少有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)集團(tuán)，基礎(chǔ)投入少等。此外，安全、舒適、環(huán)保、節(jié)能、輕量化是未來汽車發(fā)展方向，要實(shí)現(xiàn)粘接密封耐久必須同時(shí)滿足以下三個(gè)因素：滿足要求的密封膠產(chǎn)品；密封部位結(jié)構(gòu)合理；持續(xù)規(guī)范應(yīng)用工藝。因此粘接也是面臨著很大的挑戰(zhàn)，如表面能低，熱膨脹系數(shù)高，電化學(xué)腐蝕，電泳強(qiáng)度，電泳匹配性，低氣味、VOC，耐疲勞性等問題。膠粘劑在汽車輕量化中的應(yīng)用研究依然是任重道遠(yuǎn)。

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