韓雙福，張恒超，于海峰，宋旭東，胡江浦

（1. 保光（天津）汽車零部件有限公司，天津301700；2.石家莊學院 石家莊市高分子基復合材料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊050035）

前 言

為響應國家節(jié)能減排的號召，同時緩解成本壓力，各大汽車企業(yè)紛紛將汽車車身輕量化作為重要手段。輕量化就是在保證車身強度和安全性能的前提下盡可能地降低自身的整備質(zhì)量，從而提高動力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。為實現(xiàn)這一目標，車企通常采用降低板材厚度、優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)的方式[1～2]，但隨之也產(chǎn)生一些問題，一是車身局部剛度下降，車門、側(cè)圍等部位容易行駛過程中產(chǎn)生振顫，引起共振及噪聲，影響駕乘者主觀感受；二是顧客購車時，用手指按壓車身，易產(chǎn)生變形，給顧客造成品質(zhì)較差，汽車廉價的感覺[3～5]。為了保障車身薄弱部位的剛度、抗沖擊性，同時減少噪聲和共振，提升車輛乘坐的舒適性，主機廠普遍采用往車身局部粘貼補強膠片的方式進行工藝改進。汽車補強膠片主要用于車門內(nèi)板、引擎蓋內(nèi)側(cè)、車頂、輪罩、側(cè)圍等外板補強，以提高鋼板的彎曲強度、剛度、抗沖擊性，增加鋼板抗疲勞和阻尼效果[6]。

汽車用補強膠片由三部分組成，中間為主體粘接層，由環(huán)氧、橡膠、填料等組成，上層為玻璃絲布，起支撐及一定的補強作用，下層為隔離紙，方便運輸操作。補強膠片可以根據(jù)客戶實際粘貼面積及補強部位，裁切成不同的幾何形狀及尺寸。使用時揭去隔離紙，直接貼附于汽車需補強的鋼板表面，經(jīng)生產(chǎn)線高溫烘烤發(fā)生固化，與鋼板形成復合材料，對鋼板進行補強[7]。

目前傳統(tǒng)的補強膠片仍存在一些不足，補強膠片的軟硬及粘接性能受季節(jié)影響很大，對溫度很敏感，一般補強膠片冬夏季需要使用不同的配方。夏季膠料在高溫下較軟，若配方切換不及時，擠出的產(chǎn)品成摞包裝，容易在庫存放置以及運輸過程中溢料，導致相鄰膠片粘接在一起，隔離紙不易剝離，影響生產(chǎn)線操作。冬季若未及時切換冬季配方，膠料會變硬，膠片粘接性能變差，不容易與鋼板完全貼實，可能導致烘烤后膠片翹角，甚至會產(chǎn)生掉片的問題。而且粘貼不好，烘烤后容易鼓包，影響外觀。因此，開發(fā)出一款無需切換冬夏季配方的補強膠片具有十分重要的應用價值。我們在傳統(tǒng)補強膠片基礎(chǔ)上，通過研究橡膠種類、環(huán)氧種類及用量對膠片性能的影響，開發(fā)了一款新的焊裝用補強膠片，無需切換冬夏季配方，可以滿足不同溫度的需求。

1 實驗部分

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂134，南亞環(huán)氧樹脂（昆山）有限公司；環(huán)氧樹脂128，南亞環(huán)氧樹脂（昆山）有限公司；丁腈橡膠，賽可德（衡水）橡塑有限公司；雙氰胺H1600，寧夏大榮實業(yè)集團有限公司；炭黑，上?？ú┨鼗び邢薰?；丁苯橡膠，中國石油化工有限公司齊魯分公司；促進劑PN-50，日本味之素精細化學株式會社；硫化劑，廣東杜巴新材料科技有限公司；滑石粉，天津興發(fā)滑石粉廠。

1.2 儀器與設(shè)備

送風定溫恒溫箱，型號DKM410C，重慶雅馬拓科技有限公司；微機控制電子萬能試驗機，型號CMT4204，美斯特工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司；針入度儀，型號TRA1307，中檢遠航（北京）科技有限公司；橡膠（塑膠）加壓式捏煉機，型號X(S)N，大連華韓橡塑機械有限公司。

1.3 補強膠片的制備

將丁腈橡膠、丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂128 及少量滑石粉按照一定比例加入密煉機進行密煉，攪拌均勻得到母膠；再取適量母膠加入捏合機，隨后按比例加入環(huán)氧128、環(huán)氧134、炭黑、硫化劑、固化劑等，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至擠出機中進行擠出，兩面分別覆上玻璃絲布和隔離紙，經(jīng)過滾壓，貼合密實，控制膠片厚度在1.5mm 左右，最后對其進行不同形狀的裁切。

1.4 性能測試

補強倍率、低溫粘接力：按照QC/T851-2011 規(guī)定進行測試；

針入度：按照GB/T 4509-2010 標準進行測試，試樣放置溫度20℃。

膠片溢膠模擬：將不同配方膠料擠出成片后分別裁切成尺寸為100mm×50mm 的膠片30 片，摞在一起放置在35℃恒溫箱中72h，觀察底層溢膠情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂用量對膠片性能的影響

表1 為環(huán)氧樹脂134 不同用量對膠片性能的影響?？梢钥闯鲭S著134 用量由20 份增加到35份，膠片低溫粘接力不斷提高，但繼續(xù)增加134，低溫粘接力有所下降。常溫下環(huán)氧樹脂在補強膠片體系中起到增粘劑的作用，因此增加環(huán)氧樹脂用量，可以提高低溫粘接力[8]。但隨著環(huán)氧樹脂的不斷增加，膠料越來越軟，粘接力測試破壞狀態(tài)由膠片與鋼板的界面破壞變?yōu)槟z片的內(nèi)聚破壞，所以超出35份低溫粘接力反而下降。針入度可以表征膠料的軟硬，可以看到，隨著環(huán)氧樹脂加入量的增加，針入度不斷增大，說明膠料越來越軟，而膠片越軟越容易溢料。因此，雖然當環(huán)氧樹脂用量為35 份時，粘接力最大，但是由于膠片過軟，膠片溢料模擬時，底層三層發(fā)生溢料，隔離紙剝離困難。綜合考慮，環(huán)氧樹脂用量為30 份時，低溫粘接力滿足標準要求且無溢膠，為比較適宜的環(huán)氧樹脂用量。

表1 環(huán)氧樹脂用量對補強膠片性能的影響Table 1 The effect of different dosages of epoxy resin on the properties of the reinforce sheet

2.2 環(huán)氧樹脂種類對膠片性能的影響

我們研究了環(huán)氧樹脂128 與環(huán)氧樹脂134 在不同配比下對補強膠片性能的影響。從表2 可以看出，在環(huán)氧樹脂占比30%的前提下，隨著128 用量的增加，補強倍率一直提高，這是因為本實驗使用的128 環(huán)氧當量為187，134 環(huán)氧當量為260，等質(zhì)量條件下128 含有的環(huán)氧基團更多，烘烤后的交聯(lián)程度更高，所以膠片的強度更大。同時，隨著128 用量的不斷增加，膠片的低溫粘接力也進一步提高，說明128 對鋼板的浸潤性更優(yōu)異。但是，針入度數(shù)據(jù)顯示隨128 占比的提高，補強膠片變得更軟。從溢膠情況來看，128 含量的提高也會導致溢膠。綜上考慮，當134 與128 比例為2∶1 時，僅最底層溢膠，且低溫粘接力、補強倍率都滿足標準要求，是比較適宜的配方比例。

表2 不同環(huán)氧樹脂種類對補強膠片性能的影響Table 2 The effect of different types of epoxy resin on the properties of the reinforce sheet

2.3 橡膠種類對膠片性能的影響

表3 不同橡膠種類對補強膠片性能的影響Table 3 The effect of different types of rubber on the properties of the reinforce sheet

橡膠也是補強膠片中重要的組成部分，由于橡膠具有高彈性，使膠料更容易擠出成片。補強膠片中常使用的橡膠為丁腈橡膠和丁苯橡膠，表3 列出了丁腈與丁苯橡膠不同比例對補強膠片性能的影響。從表3 可以看出丁苯橡膠提高了膠片的低溫粘接力，這是因為丁苯橡膠屬于非極性橡膠，對鋼板表面的拉延油浸潤性更好一些，能縮短膠片粘接鋼板的時間。但是補強倍率隨丁苯橡膠用量的增加呈先增后減的趨勢，這是由于丁苯橡膠與環(huán)氧樹脂的相容性較差，當加入部分丁苯橡膠時，共混物處于半互容狀態(tài)，形成分相而不分離的區(qū)域結(jié)構(gòu)[9，10]，能發(fā)揮二者各自的優(yōu)勢，使補強倍率增加；而全部使用丁苯橡膠，烘烤后橡膠與環(huán)氧形成完全分離的結(jié)構(gòu)，反而使強度降低。同時，因為丁苯橡膠門尼黏度比丁腈橡膠稍高，因此增加丁苯橡膠可以降低膠料針入度，減少膠料溢料風險。綜上，當丁腈橡膠與丁苯橡膠用量為1∶1 時，膠片的補強倍率最高，同時可以使補強膠片獲得優(yōu)異的低溫粘結(jié)力而不產(chǎn)生溢料。

3 結(jié) 語

補強膠片中環(huán)氧樹脂種類、用量，以及橡膠的種類，對補強膠片性能的影響很大，本文通過研究環(huán)氧樹脂的用量發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂含量30%時可以在實現(xiàn)較好的低溫粘接力的同時，使膠片30℃成摞放置不溢膠；通過研究環(huán)氧樹脂128 與134 的摻混比例對補強膠片的影響，發(fā)現(xiàn)當134 與128 比例為2∶1 時，膠片補強倍率和低溫粘接力達到標準，并且有效減少溢膠現(xiàn)象；通過加入丁苯橡膠，降低了膠料的針入度，使溢膠情況進一步得到改善。最終確定在環(huán)氧樹脂134 與128 比例為2∶1，整體占比30%，同時丁苯與丁腈橡膠1∶1 時可以得到一種既滿足低溫粘接性能要求又能在高溫不溢膠的補強膠片。