雷蕾，張海斌，孟令昊，崔翌林

水性阻尼材料在全鋁車身上的應(yīng)用研究

雷蕾，張海斌，孟令昊，崔翌林

（上海蔚來汽車有限公司，上海 200000）

闡述了水性阻尼材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及材料特點(diǎn)，介紹了水性阻尼材料的優(yōu)勢、阻尼性能驗證、輕量化貢獻(xiàn)。最后重點(diǎn)介紹了在全鋁車身上的在線應(yīng)用工藝、常見質(zhì)量問題解決和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

水性阻尼；隔音降噪；綠色環(huán)保；輕量化；全鋁車身

前言

目前，我國汽車行業(yè)中采用的阻尼材料大部分為瀝青板材，其多由瀝青直接與各類無機(jī)填料混合而成。從實(shí)際使用效果上看，這種材料在壽命及溫度適用范圍方面均難以全面滿足使用要求。同時，由于瀝青內(nèi)含有大量稠環(huán)化合物及含氮、含硫的高沸點(diǎn)物質(zhì)，其在發(fā)動機(jī)等高溫環(huán)境中長期使用將產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，容易對使用者造成身體損傷[1]。

20世紀(jì)60年代，在美國及歐洲等西方國家相繼出現(xiàn)了以水作為溶劑的水性涂料，并在之后的幾十年中廣泛應(yīng)用到了包括汽車行業(yè)在內(nèi)的各個領(lǐng)域。在國內(nèi)，近年來由于國家對環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，水性阻尼材料呈現(xiàn)出巨大的市場應(yīng)用前景。另外隨著汽車市場的發(fā)展及大氣污染的愈加嚴(yán)重，汽車輕量化推行力度持續(xù)增加，以鋁鎂合金為代表的輕質(zhì)材料在汽車上應(yīng)用的比例日益增加。數(shù)據(jù)顯示，鋁鎂合金占壓鑄件總比例穩(wěn)步增加，2015 年達(dá)到 13.4%。未來受益于汽車輕量化，全鋁車身將是車身材料發(fā)展的重要方向。因此會新增許多新材料在全鋁車身的應(yīng)用研究，加快這些研究將具有理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 水性阻尼材料

水性阻尼材料又名Waterborne LASD（Liquid Applied Sound Deadener）水性阻尼涂料是以樹脂為基質(zhì)，以水為分散劑，加入大量的片層結(jié)構(gòu)的云母粉，碳酸鈣等無機(jī)物組成[2]。將阻尼材料噴涂在振動的部件殼體上起到抑制殼體振動和降低噪聲的目的。相比于傳統(tǒng)材料，水性材料是可噴涂的液態(tài)水性阻尼材料，可實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)。水性阻尼材料密度低，可節(jié)省整車材料用量，為整車輕量化做出貢獻(xiàn)。另由于以水作為分散溶劑，保留傳統(tǒng)的阻尼材料優(yōu)點(diǎn)的同時，最突出的優(yōu)點(diǎn)是綠色環(huán)保。

2 水性阻尼材料與傳統(tǒng)瀝青阻尼材料對比

2.1 產(chǎn)品自身屬性對比

水性阻尼材料與傳統(tǒng)的瀝青阻尼材料相比，具有許多較為突出的特點(diǎn)。見表1。

表1 傳統(tǒng)瀝青阻尼材料與水性阻尼材料對比

2.2 阻尼性能對比

水性阻尼材料要被開發(fā)應(yīng)用，需首先驗證其材料的阻尼性能。因此選取某品牌的水性阻尼材料與目前市場在用的瀝青阻尼材料進(jìn)行實(shí)驗驗證對比。水性阻尼材料噴涂濕膜厚度為3mm，瀝青阻尼厚度測得2.7mm，選取汽車使用常見溫度范圍-10-40℃下進(jìn)行材料阻尼因子測定。測試方法：懸臂梁法（參考GB/T 18258-2000 阻尼材料阻尼性能測試方法）；評價指標(biāo)：阻尼因子，見圖1。圖1表明：水性阻尼材料的阻尼因子明顯優(yōu)于瀝青阻尼材料。

圖1 水性阻尼材料與瀝青阻尼材料阻尼因子對比

2.3 車身輕量化對比

由于水性阻尼材料的密度比瀝青阻尼墊低20-40%，故同樣體積下可減重20-40%；另水性阻尼材料含有水分20%- 25%，烘干后比烘干前再減重20%-25%。因此，相比瀝青阻尼墊，噴涂同樣厚度的水性阻尼材料可減重至少30-50%。見表2。

表2 水性阻尼材料對車身輕量化分析

3 水性阻尼材料在全鋁車身上的在線應(yīng)用工藝

3.1 施工設(shè)備

施工設(shè)備（管路、泵組等）的濕潤部件必須選用耐腐蝕的不銹鋼，例如：1.4571或1.4404。機(jī)器人噴嘴可根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)計、材料基底屬性來選擇，主機(jī)廠大多選用3D槍嘴、Flat-stream槍嘴噴涂施工。通常水性基底的用3D槍嘴，橡膠基底的用Flat-stream槍嘴，見圖2。具體的施工參數(shù)壓力和流量等取決于設(shè)備的類型（泵組，管路長度，槍嘴）等。

圖2 不同材料基底機(jī)器人噴涂槍嘴對比

3.2 施工工藝參數(shù)

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計要求，水性阻尼材料噴涂在車身上指定位置，濕膜厚度控制在立面約1.6-2.0mm，水平面約2.3-3.1mm。施工溫度25℃-30℃水性阻尼材料還適應(yīng)較寬的固化溫度范圍120℃-180℃，固化時間取決于固化溫度及涂層的厚度。產(chǎn)品中所含的水分將在烘烤過程中揮發(fā)。應(yīng)用效果見圖3。

值得一提的是，較鍍鋅板與冷軋板車身，水性阻尼材料在全鋁車身上的應(yīng)用對烘烤溫度更為敏感，因為鋁車身的吸熱能力較強(qiáng)，升溫速率較快，容易導(dǎo)致水性阻尼材料開裂脫落問題，在下文常見問題解決方案中會詳細(xì)介紹到。

圖3 水性阻尼材料在車身上的噴涂效果

3.3 開放時間研究

表3 開放時間研究

（注：測試條件：溫度25 oC，濕度50%）

由于車間的停線或停產(chǎn)，需分析驗證水性阻尼材料最長能放置多長時間后進(jìn)入烘房不產(chǎn)生質(zhì)量問題，我們在實(shí)驗室里做了刮板實(shí)驗（見圖4），參照現(xiàn)場噴涂厚度和烘烤溫度，驗證放置3小時，5小時，8小時，16小時，20小時，24小時后再烘干的干膜外觀是否會出現(xiàn)翹邊、開裂、脫落等問題，驗證結(jié)果表明開放時間能達(dá)到8小時無質(zhì)量問題，測試結(jié)果見上表3。

圖4 開放時間實(shí)驗刮板圖片

3.4 存儲條件

密封包裝，避免凍結(jié)與陽光直射，存儲運(yùn)輸條件為10℃-30℃。在上述條件下的產(chǎn)品保質(zhì)期為3個月。夏季不得在高溫（≥30℃）下暴曬及存放，冬季不得低于0℃存放，0℃存儲，否則產(chǎn)品會結(jié)冰變質(zhì)，必要時存儲間或打膠房安裝空調(diào)。若長時間停線（例如過夜以及節(jié)假日），務(wù)必卸掉管路和壓盤壓力，并清空線上車輛。

4 常見質(zhì)量問題及解決方案

水性阻尼材料在應(yīng)用的過程中我們發(fā)現(xiàn)常見的質(zhì)量問題主要有表面鼓包、脫落、開裂、翹邊、流掛等，問題及解決方案詳見表4。

表4 水性阻尼材料常見質(zhì)量問題

針對全鋁車身，出現(xiàn)表面鼓包、脫落、開裂的質(zhì)量問題尤為明顯，見圖5。因為全鋁車身鋁板吸熱能力強(qiáng)，升溫速率較快，LASD 表面迅速結(jié)皮，內(nèi)部水分快速揮發(fā)，表面卻未有充分的揮發(fā)通道，只能從邊緣揮發(fā)，致使邊緣翹邊脫落；另一方面，快速升溫過程中LASD急劇膨脹，冷卻時又極度收縮致使表面開裂。

為了解決上述質(zhì)量不良問題，我司迅速組織材料合作伙伴進(jìn)行原因分析，確定解決方案，對現(xiàn)有配方進(jìn)行調(diào)整，對體系粗粒徑填料進(jìn)行微調(diào)，增加2-3%，讓水汽有充分的揮發(fā)通道，避免邊緣開裂；另一方面，微調(diào)交聯(lián)促進(jìn)劑及附著力粘合比例，增加體系本強(qiáng)度避免表面收縮現(xiàn)象。隨后對優(yōu)化后配方的LASD在實(shí)驗室進(jìn)行刮板驗證，驗證通過后再實(shí)車掛板過烘爐進(jìn)行驗證，兩者驗證結(jié)果優(yōu)化后的LASD表面平整、邊緣清晰，未出現(xiàn)邊緣翹邊表面開裂脫落質(zhì)量問題。驗證結(jié)果見下圖6。

圖6 改良配方后水性阻尼材料刮板驗證圖片

5 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

鑒于上述的質(zhì)量常見又易發(fā)生，阻尼性能又是它的一個非常重要指標(biāo)，那么開裂鼓包到什么程度會影響到材料的阻尼性能呢？帶著這一疑問我們研究對比了表面平整、表面有鼓包和表面有開裂的阻尼性能實(shí)驗，測試條件：25℃，濕度50%，鋼條尺寸：240*10*1mm3，水性阻尼尺寸：215*10*3 mm3，見下圖7；測試方法：懸臂梁法（參考GB/T 18258-2000 阻尼材料阻尼性能測試方法），測試結(jié)果如下表5所示。

表5 水性阻尼材料表面鼓包、開裂對阻尼性能的影響

從測試結(jié)果可以看出，3mm樣條表面有鼓包和表面有開裂出現(xiàn)的時候，其阻尼系數(shù)比表面平整的樣條略有下降，但是均達(dá)到了材料標(biāo)準(zhǔn)要求阻尼系數(shù)≥0.05（5~40℃），≥0.25（25℃）。因此材料表面有鼓包和表面有開裂但不脫落對LASD 材料阻尼性能基本無影響。

表6 水性阻尼材料應(yīng)用質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

為了規(guī)范材料的應(yīng)用以及保證材料應(yīng)用質(zhì)量的穩(wěn)定性，我們在以上研究的基礎(chǔ)上總結(jié)了材料的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，具體見表6。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)的瀝青阻尼材料作為抗振減噪材料被廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)部的頂棚、側(cè)圍、車門、地板等位置。瀝青阻尼材料雖然具有較好的減振消音防水性能，但是由于其高溫易軟化，在使用過程中一旦受熱會揮發(fā)出 VOC 直接進(jìn)入空氣中，不僅會對車內(nèi)外環(huán)境造成污染，更會對人體產(chǎn)生傷害。此外，瀝青阻尼材料還存在比重較大、易燃燒等缺點(diǎn)。水性阻尼涂料與傳統(tǒng)的瀝青阻尼材料相比，具有施工方便安全、綠色環(huán)保、粘接強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)；并且，水性阻尼材料比重較小，可滿足汽車輕量化的要求。再者，隨著汽車市場的發(fā)展，汽車輕量化推行力度持續(xù)增加，全鋁車身將是車身材料發(fā)展的重要方向。因此越來越多的主機(jī)廠開始關(guān)注這些新型環(huán)保型材料在全鋁車身上的應(yīng)用。

[1] 李洪林.瀝青阻尼材料在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展[J].汽車技術(shù),2003（12）:34-37.

[2] 劉成樓,隗功祥.水性聚合物阻尼涂料性能的研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2011,14（10）.

Studies on the application of Liquid Applied Sound Deadener material on aluminum cars

Lei Lei, Zhang Haibin, Meng Linghao, Cui Yilin

( Shanghai NIO automobile co., LTD., Shanghai 200000 )

Introduced the application situation and the characteristics of the Liquid Applied Sound Deadener material, briefly introduced the advantages of product, the verification of material damping performance and the lightweight contribution. In the end, the paper mainly introduces the on-line application process, common quality problem solving and quality control standard of the aluminum cars.

LASD;NVH;Environment protecting;Lightweight;Aluminum body

U465

A

1671-7988(2019)24-176-04

U465

A

1671-7988(2019)24-176-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.058

雷蕾，就職于上海蔚來汽車有限公司。