一種新型車身用密封膠的應用研究

楊汐，李大公，代玉堂

（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海 200438）

前言

密封膠在汽車生產制造過程中被大量應用，其使用策略及性能直接關系著整車的防腐、密封、裝飾效果及 NVH性能。傳統的汽車用密封膠產品包括點焊密封膠和焊縫密封膠兩類。目前較常用的點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，點焊后填實縫隙；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、外表面的焊縫及不規則的孔隙的密封，烘烤后固化[1,2]。在多數情況下，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，隨著汽車車身結構設計的多樣性、復雜性，對于一些有著特殊密封要求的區域，上述兩種密封膠已不能滿足設計要求。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，為車身密封選材設計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）。后者可以保證焊點不出現在鈑金的外露面上，從而減少因焊點外露對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

對于外露鈑金拼縫處的密封，首先想到的是按照傳統搭接縫隙處的處理方式：在車身電泳后的密封線工位用PVC焊縫密封膠進行打膠密封，再進行中涂、面漆、清漆噴涂。這種傳統的PVC膠加噴漆的實施效果并不理想。如圖2所示，某車型經 4.5W 公里耐久路試過程中，發現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，對車輛外觀質量及密封、防腐性能產生了不良影響。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振動，拼縫處的PVC膠層受到鈑金相對運動所帶來的影響也更大。當膠層無法承受這種應力、應變帶來的影響時，膠層和油漆產生開裂。

圖2 某車型耐久試驗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.具備一定的抗拉強度及斷裂伸長率，以抵御拼縫鈑金間振動所傳遞到膠層的應力應變；b.具備良好的耐候性能；c.因用于車身外側鈑金拼縫處，該密封膠需具備良好的外觀質量；d.與各種體系、顏色的油漆具有良好粘接及界面結合。

這里，我們引入了一種改性硅烷密封膠，表1為某車型應用的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比可以看出：a.改性硅烷密封膠的拉伸強度為2.52MPa，優于PVC焊縫密封膠；拉斷伸長率達到450%，為PVC焊縫密封膠的2倍多，體現出更好的韌性；b.改性硅烷密封膠與油漆板間的剪切強度也優于 PVC密封膠與鋼板間的剪切強度，且試驗均呈現膠層內聚破壞，說明改性硅烷密封膠與油漆板形成了良好的界面結合。上述改性硅烷密封膠所具備的更優異的拉伸強度、拉斷伸長率及剪切強度確保了其在受到鈑金拼縫處應力及應變時，較PVC焊縫密封膠不容易產生膠層開裂。

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，因此密封膠會直接暴露于陽光雨淋等氣候環境下，需具備優良的耐候性。通過引入氙燈加速老化和濕熱老化來評估改性硅烷密封膠的耐候性，如表 1結果所示：a.氙燈老化前后改性硅烷密封膠的拉伸強度、拉斷伸長率及在油漆板上的剪切強度變化甚小；b.濕熱后拉伸強度、剪切強度有所升高，在一定程度上說明改性硅烷密封膠具有較優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（c）界面反應

改性硅烷密封膠的水解、固化及界面反應機理如圖3所示[3]。首先，硅烷密封膠與空氣中的水反應（反應如圖 3(a)所示），硅烷氧基通過水解形成硅醇；其次，硅醇經縮聚反應形成-Si-O-Si-三維網狀結構（反應如圖3(b)所示），在界面上密封膠的硅醇會與油漆表面的羥基發生反應形成化學鍵合（如圖3(c)所示）。由反應機理可見，潮濕的環境有利于硅烷氧基充分水解，從而使后續的固化反應及界面反應更充分，這也與前述濕熱老化后密封膠的拉伸強度和剪切強度均上升的結果相吻合。

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)整車耐久試驗后密封膠狀態

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)為整車耐久試驗后的車身拼縫處密封膠狀態圖，試驗后密封膠外觀無明顯變化，膠層未出現裂紋、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 結束語

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

[1] 張鄖生.我國汽車膠粘劑開發應用的現狀及前景[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,倪雅,田明明,等.硅烷改性聚合物密封劑的研究進展[J].化工時刊.2010,24(12)：51-55.