一種新型車身用密封膠的應(yīng)用研究

楊汐，李大公，代玉堂

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上海 200438）

前言

密封膠在汽車生產(chǎn)制造過程中被大量應(yīng)用，其使用策略及性能直接關(guān)系著整車的防腐、密封、裝飾效果及 NVH性能。傳統(tǒng)的汽車用密封膠產(chǎn)品包括點(diǎn)焊密封膠和焊縫密封膠兩類。目前較常用的點(diǎn)焊密封膠以丁基橡膠/順丁橡膠為主體，于焊裝車間施膠，在焊接之前涂布于鈑金焊接的搭接部位，點(diǎn)焊后填實(shí)縫隙；焊縫密封膠多以聚氯乙烯(PVC)樹脂為主體，于涂裝車間車身電泳處理后施膠，用于白車身內(nèi)、外表面的焊縫及不規(guī)則的孔隙的密封，烘烤后固化[1,2]。在多數(shù)情況下，合理使用上述兩種密封膠可以提高整車的密封、防腐性能。

但是，隨著汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的多樣性、復(fù)雜性，對(duì)于一些有著特殊密封要求的區(qū)域，上述兩種密封膠已不能滿足設(shè)計(jì)要求。本文介紹了一種新型車身用密封膠，可用于車身外露面鈑金拼縫、搭縫的密封，為車身密封選材設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。

1 問題來源

車身外表面鈑金之間的縫隙因鈑金間的配合方式不同而不同，除了常見的鈑金搭接類的縫隙（如圖1斷面A-A所示），對(duì)于客車、大型商用車而言，拼接是車身外表面鈑金常用的l另一種配合方式（如圖1斷面B-B所示）。后者可以保證焊點(diǎn)不出現(xiàn)在鈑金的外露面上，從而減少因焊點(diǎn)外露對(duì)車身美觀造成的不利影響。

圖1 某車型車身鈑金搭接、拼接斷面示意

對(duì)于外露鈑金拼縫處的密封，首先想到的是按照傳統(tǒng)搭接縫隙處的處理方式：在車身電泳后的密封線工位用PVC焊縫密封膠進(jìn)行打膠密封，再進(jìn)行中涂、面漆、清漆噴涂。這種傳統(tǒng)的PVC膠加噴漆的實(shí)施效果并不理想。如圖2所示，某車型經(jīng) 4.5W 公里耐久路試過程中，發(fā)現(xiàn)車身外板搭縫處油漆層、膠層外觀完好，而拼縫處油漆層、膠層開裂，對(duì)車輛外觀質(zhì)量及密封、防腐性能產(chǎn)生了不良影響。分析原因，主要是由于拼接縫隙往往較搭接的縫隙更大，伴隨著車輛行駛過程車身的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，拼縫處的PVC膠層受到鈑金相對(duì)運(yùn)動(dòng)所帶來的影響也更大。當(dāng)膠層無法承受這種應(yīng)力、應(yīng)變帶來的影響時(shí)，膠層和油漆產(chǎn)生開裂。

圖2 某車型耐久試驗(yàn)后車身鈑金拼縫處油漆與PVC膠開裂

2 問題解決與討論

綜合對(duì)前述車身鈑金拼縫處膠層開裂的原因分析，以及該處密封膠使用工況，對(duì)于新選用密封膠需考慮如下幾方面性能：a.具備一定的抗拉強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率，以抵御拼縫鈑金間振動(dòng)所傳遞到膠層的應(yīng)力應(yīng)變；b.具備良好的耐候性能；c.因用于車身外側(cè)鈑金拼縫處，該密封膠需具備良好的外觀質(zhì)量；d.與各種體系、顏色的油漆具有良好粘接及界面結(jié)合。

這里，我們引入了一種改性硅烷密封膠，表1為某車型應(yīng)用的PVC焊縫密封膠與改性硅烷密封膠性能比較。通過常溫條件下的對(duì)比可以看出：a.改性硅烷密封膠的拉伸強(qiáng)度為2.52MPa，優(yōu)于PVC焊縫密封膠；拉斷伸長(zhǎng)率達(dá)到450%，為PVC焊縫密封膠的2倍多，體現(xiàn)出更好的韌性；b.改性硅烷密封膠與油漆板間的剪切強(qiáng)度也優(yōu)于 PVC密封膠與鋼板間的剪切強(qiáng)度，且試驗(yàn)均呈現(xiàn)膠層內(nèi)聚破壞，說明改性硅烷密封膠與油漆板形成了良好的界面結(jié)合。上述改性硅烷密封膠所具備的更優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率及剪切強(qiáng)度確保了其在受到鈑金拼縫處應(yīng)力及應(yīng)變時(shí)，較PVC焊縫密封膠不容易產(chǎn)生膠層開裂。

表1 PVC焊縫密封膠與改性硅烷密封膠性能比較

與 PVC膠施膠后會(huì)在膠層表面噴涂中涂漆和面漆的工藝不同，改性硅烷密封膠在車身噴完面漆后施膠，因此密封膠會(huì)直接暴露于陽光雨淋等氣候環(huán)境下，需具備優(yōu)良的耐候性。通過引入氙燈加速老化和濕熱老化來評(píng)估改性硅烷密封膠的耐候性，如表 1結(jié)果所示：a.氙燈老化前后改性硅烷密封膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率及在油漆板上的剪切強(qiáng)度變化甚小；b.濕熱后拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度有所升高，在一定程度上說明改性硅烷密封膠具有較優(yōu)異的耐光老化性能和耐濕熱老化性能。

圖3 （a）改性硅烷密封膠水解（b）固化反應(yīng)（c）界面反應(yīng)

改性硅烷密封膠的水解、固化及界面反應(yīng)機(jī)理如圖3所示[3]。首先，硅烷密封膠與空氣中的水反應(yīng)（反應(yīng)如圖 3(a)所示），硅烷氧基通過水解形成硅醇；其次，硅醇經(jīng)縮聚反應(yīng)形成-Si-O-Si-三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（反應(yīng)如圖3(b)所示），在界面上密封膠的硅醇會(huì)與油漆表面的羥基發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵合（如圖3(c)所示）。由反應(yīng)機(jī)理可見，潮濕的環(huán)境有利于硅烷氧基充分水解，從而使后續(xù)的固化反應(yīng)及界面反應(yīng)更充分，這也與前述濕熱老化后密封膠的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度均上升的結(jié)果相吻合。

圖4 某車型車身拼縫處(a)改性硅烷密封膠施膠后效果圖(b)整車耐久試驗(yàn)后密封膠狀態(tài)

圖4(a)所示為某車型車身拼縫采用改性硅烷密封膠施膠后的效果圖，圖中可見施膠后造型效果美觀，且密封膠膠跡光滑平整。圖4(b)為整車耐久試驗(yàn)后的車身拼縫處密封膠狀態(tài)圖，試驗(yàn)后密封膠外觀無明顯變化，膠層未出現(xiàn)裂紋、開裂，綜合使用效果良好，可作為車身用密封材料的一種選擇。

3 結(jié)束語

改性硅烷密封膠具有優(yōu)異的外觀及物理機(jī)械性能，且耐候性及耐濕熱老化性能優(yōu)異，較傳統(tǒng)PVC密封膠可以抵御車身鈑金焊縫、拼縫等區(qū)域的較大應(yīng)力應(yīng)變，是一種不可多得的新型車身密封材料。

[1] 張鄖生.我國(guó)汽車膠粘劑開發(fā)應(yīng)用的現(xiàn)狀及前景[J].粘接.2009, (7)：66-70.

[2] 朱純金,徐丹.汽車車身用膠粘劑的性能要求[J].汽車工藝與材料.2011,(8)：1-4.

[3] 張同標(biāo),倪雅,田明明,等.硅烷改性聚合物密封劑的研究進(jìn)展[J].化工時(shí)刊.2010,24(12)：51-55.