車底抗石擊防護膠在汽車上的應用

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）

車底抗石擊防護膠在汽車上的應用

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用具有一定的局限性。PVC塑溶膠在我國的研究和應用起步較晚，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，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（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用了以丙烯酸酯為主體的抗石擊防護膠，為了順應此發(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。