淺談液態阻尼膠在汽車上的應用

梁卿卿，郭培

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

0 引言

汽車車身結構一般是由單層或多層的鍍鋅板或冷軋板焊接而成，汽車在行駛過程中受振動時，就會形成振動輻射噪聲，并成為汽車主要噪聲。另外，汽車和發動機運行時的機械噪聲也是由于白車身各部件振動及相互作用產生的。為了有效降低或控制噪聲，提高汽車的舒適性，汽車主機廠普遍采用表面阻尼結構減少振動。這些阻尼結構一般設置在門板、側圍外板、頂蓋、發動機和行李箱蓋的內表面和車身底板的上表面。

在20世紀五六十年代時，汽車廠一般采用瀝青、石棉制防聲漿，涂布厚度為2～3 mm，噴涂在上述部位作為防聲阻尼涂料。隨著工業的發展，后來基本上都采用粘貼型熱熔阻尼膠片，其主要成分是瀝青、滑石粉、改性劑、膠粉、云母粉、磁粉等，按所貼部位的需要，可加工成各種形狀、厚度不等的阻尼板，在涂裝車間噴中涂前進行粘貼。由于該阻尼板異物及塵埃比較多，在整個工序中容易引起涂裝性不良問題，并且操作者因手動反復性操作，很容易產生疲勞感。基于以上問題以及環保要求，現代化的汽車工廠開始使用噴涂性阻尼材料，即Liquid Applied Sound Damper（LASD，可噴涂隔音阻尼材料）。文中針對水性噴涂型阻尼膠的材料、在汽車中應用的成本和對工藝設備的要求等方面進行描述。

1 液態噴涂型阻尼膠的特點及優勢

乘用車用液體噴涂型阻尼膠材料主要有3種，分別是水性丙烯酸型、橡膠型和PVC型，3種型號的阻尼膠在各汽車廠均有使用，水性丙烯酸型阻尼效果最好，其次是橡膠型，最差的是PVC塑溶膠型，因此水性丙烯酸型應用較廣泛。文中提及的液態阻尼膠均為水性丙烯酸型。

液態噴涂阻尼膠板采用機器人作業的方式。與傳統成型瀝青阻尼膠板的工藝相比，在生產線布置以及物流配送方面有很大的不同，其主要的優勢有:

1.1 良好的阻尼性能和質量保證

如圖1所示:在相同的使用溫度內，噴涂型阻尼膠不僅阻尼效果明顯優于貼片阻尼膠，同時噴涂型阻尼膠適用溫度范圍廣，阻尼性提高25%～30%，明顯優于瀝青膠板型。

機器人噴涂自動控制，具有高的重復性和噴涂形狀可優化性，避免了員工操作失誤而帶來的漏粘、錯粘以及粘貼不牢導致阻尼性能下降的問題。

1.2 柔性強的施工性能

傳統的阻尼膠板均需要依據車型的不同而進行二次開發，阻尼膠板制造商需要設計不同的模具，操作者在現場操作時需要依據不同的車型粘貼不同型號和數量的阻尼膠板，極易造成漏粘、錯粘的情況，具體對比見表1。

表1 施工性能對比表

1.3 良好的環境友好性

水性阻尼涂料作為一類環保功能材料，在生產和施工過程中，對環境無污染。水性阻尼涂料是以水作為分散介質的，它含有的VOC非常少，同時能夠改善整車使用過程中的室內氣味性。瀝青阻尼膠板為了保證兩層之間不粘粘，需要在層間設計隔離紙以及涂抹滑石粉等隔離劑，這些隔離劑在施工過程中使操作環境出現灰塵，產生的塵埃飄落到車身上導致車身涂裝外觀不良。而水性阻尼涂料則無此問題，對改善員工作業環境和提升涂膜質量有明顯的效果。

1.4 整體運行成本降低

噴涂型阻尼膠材料成本雖然高于瀝青阻尼膠板，但是由于材料密度小用量少，減少了庫存和物流以及員工等，綜合應用成本降低，同時提高了生產節拍。根據表2進行成本分析，按照年產20～30萬產能的生產線來說，使用噴涂型阻尼膠能夠節約成本約10～20萬元。

表2 噴涂型阻尼膠和瀝青阻尼膠板存儲物流對比

2 對工藝設備以及車身設計的要求

噴涂型阻尼膠由于需要設計輸送管路和安裝機器人，因此該工藝適合在新線體設計時使用，對于舊線體改造涉及到土建、設備等多方面，一般來說不建議舊線改造。噴涂型阻尼膠由于機器人定位以及水性溶劑等方面的原因，對工藝設備環境有不同的要求，主要體現在以下方面:

2.1 對車身輸送鏈系統定位精度的要求

液態阻尼膠板工藝操作模式為間歇式，車身進入噴涂工位后，輸送鏈轉運停止，車身靜止。為了防止機器人與車身制件干涉以及噴涂位置的準確性，對識別定位的要求較高。噴涂機器人上配備視覺系統，對車身進行定位，在定位結束時，由攝像頭完成可能需要的適當的調整之后，車身定位達到要求，機器人才開始其軌跡。一般來說，要求的車身定位準確度是車身晃動誤差±5.0 mm，車身停止位置前后誤差±5 mm，停止位置左右誤差±3 mm，這些都由輸送鏈系統來保證。

2.2 對液體輸送系統的要求

由于噴涂型阻尼膠具有黏度高、流動性差、固體顆粒粗等特點，為了防止出現壓力不足、霧化不良、噴嘴堵塞等問題，這就要求在進行噴涂作業時要選擇壓力比值較大的高壓無氣噴涂設備。推薦噴涂壓力為16～16.5 MPa。同時由于隨溫度變化黏度變化明顯，為了避免溫度的變化對黏度產生影響，導致噴涂厚度發生變化，因此需要對輸送系統做溫度控制措施，所有管路要進行保溫，以達到穩定的施工狀態。LASD建議將溫度設置在 （35±2）℃，略高于室溫，常年只需加熱而不需要冷卻。對輸送系統要求設計加熱措施，溫差范圍為±2℃，避免溫度超差大。

因為LASD水性阻尼涂料為了保持乳液體系的穩定，通常產品的PH值保持在8～9之間，呈弱堿性，需要配套的輸送管路、膠泵以及桶必須是不銹鋼，以免長期使用過程中被乳液腐蝕。循環方式采用主管循環，盲端結構。

2.3 對采購周期和存儲環境的要求

噴涂型阻尼膠以水作為溶劑，不同于溶劑型涂料，會有一些特殊因素需要加以控制。實驗表明:LASD材料在0℃左右低溫存放超過2天，涂層的柔韌性、耐沖擊性、耐鹽水性以及損耗因子等重要指標均已不合格。因此對存儲環境要求為在5～30℃的條件下儲存與運輸，防止冰凍及直接日曬，密封包裝中的空氣應足夠潮濕以防止材料表面干燥，不能儲存于易腐蝕的容器中，冬季要注意加強庫房的保溫措施。建議至少提前2～3天將材料運至泵房，使材料溫度穩定至泵房的溫度。

要求施工環境通風良好，在此條件下可保證水分能夠以較快的速度蒸發出去，溫度過高或過低都會影響涂層性能，如出現氣泡、流掛、長時間不干等質量缺陷。推薦環境濕度小于75%。

噴涂型阻尼膠以水為溶劑，涂料保質期短，一般為3個月，比瀝青阻尼膠保質期12個月要短很多，因此需要生產計劃的精準性高，在保質期內使用。

2.4 對車身設計的要求

噴涂型阻尼膠噴涂效果同時需要車身設計時進行同步考慮，要求在數模設計時考慮以下方面:

考慮機器人噴涂可達性。如果被零件所遮擋則無法噴涂，需要對阻礙件進行位置調整或者結構優化;對于總裝需要的螺栓、孔洞等，需要進行合理避讓或者遮蔽，這就需要設計一個工位的人工粘貼工位。對噴涂形狀提出要求，例如，噴涂寬度最好固定是一個寬度的倍數，這樣避免調整噴幅，節約噴涂時間。

由于需要對車身進行視覺定位，視覺定位的原理是視覺系統利用4個已標定的攝像頭從4個角度采集車體4個部位的圖像，并從這些圖像中搜索車體上的固有特征標記點 （理想的標記點是孔，但是角、邊沿等其他特征標記也可以利用）的二維圖像坐標;同時根據各個攝像頭之間的方位關系以及標記點在車體坐標系下的坐標，在數學上確定一個最佳的車體方位，并計算出當前方位和理論方位之間的矯正矢量 （X，Y，Z，RX，RY，RZ）;通過該矯正矢量，機器人就能夠正確定位當前車體并調整其工作應用軌跡。對于在生產線上生產的不同的車型，都要求所有車型的4個特征標記點都在類似的位置，因此需要在數模設計時考慮特征標記點的設計。

3 結束語

水性阻尼涂料作為一類環保功能材料，其良好的阻尼性能、施工性能以及環境友好性，使得其應用范圍日益擴大，前景可觀。鑒于其在地鐵車輛上已經得到了廣泛的應用，因此在汽車行業新線體設計時也得到了特別的關注以及實施。對于我國汽車行業來說，該技術尚屬于新技術之列，因此對其推廣還需要廣大汽車涂裝設計、工藝以及產品設計人員的共同配合才能實現。