丙烯酸泡棉膠帶在汽車內飾的應用

杜秋亮

摘 要：在汽車內飾中，零部件的連接通常采用焊接，機械緊固，卡接和膠帶粘結等四種常見的方式。文章簡單介紹了幾種連接方式的優缺點，從力學性能及對駕駛艙環境的影響（揮發性有機化合物和氣味）兩方面分析了丙烯酸泡棉膠帶粘結替代其余三種連接方式的可行性，并簡單介紹了丙烯酸泡棉膠帶相比其他膠帶的優點及其在汽車上的運用。關鍵詞：汽車;內飾;膠帶粘結;丙烯酸泡棉膠帶中圖分類號：U465? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）02-165-03

Abstract： In auto interior trim， there are usually four kinds of methods that fix parts together， including welding， mechanical fastening， clip connection and tape attachment. In this paper， the advantages and disadvantages of the four kinds of methods are illustrated， the feasibility of replacing the other three kinds of connection methods with acrylic foam tape attachment is analyzed in terms of mechanical property associated with effect on cockpit environment （VOC and Odor）， the advantages of acrylic foam tape compared with other kinds of tape as well as its applications in auto are briefly introduced.Keywords： Automobile; Interior trim; Tape attachment; Acrylic foam tapeCLC NO.： U465? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）02-165-03

前言

眾所周知，汽車系統分為動力系統，底盤系統，車身系統，汽車內飾和電氣系統。作為一個復雜的系統，汽車是由單個子零部件，子系統部件，系統部件等通過不同的連接方式組合在一起。常見的連接方式包括焊接，機械緊固，卡接和膠帶粘結。汽車內飾（主要包括座椅，地毯，頂棚，儀表板，中控及門板等幾大部分）作為汽車五大系統之一，其零部件的連接方式也無外乎上述四種。相比其他三種連接方式，丙烯酸泡棉膠帶粘結操作較為簡單，而且不損傷被粘零部件表面，不失為一種好的連接方式。

1 常見的汽車內飾零部件連接方式

在內飾運用中，焊接通常用于塑料零部件之間的固定連接，包括超聲波焊接、熱板焊接、激光焊接、熱風焊接、振動摩擦焊接、紅外線焊接等，主要應用于內門板、儀表板風管和儀表板本體、除霜風道和風道加強件、手套箱內外板等之間的固定連接。上述焊接方式的實質就是使零部件連接部位通過摩擦或加熱的方式先熔融，經加壓并冷卻后，使得零部件連接在一起。

機械緊固在裝配時運用的較為廣泛，只需在零部件上設計有相應的連接結構即可，幾乎不受材料類型的限制，而且連接速度較快。機械緊固通常分為兩類：（1）機制螺釘、螺母和墊片（視需求而定）固定：就是將螺釘穿入零部件的安裝孔然后使用螺母和墊片將螺釘緊固以達到連接緊固零部件的目的，這是汽車零部件組裝運用最多的連接方式之一;（2）自攻絲螺釘固定：利用螺釘本身帶有的嚙合螺紋通過旋轉進入對手件內，從而起到連接緊固的目的。

卡接通常用于某些需要反復拆裝的零部件，在汽車內飾中使用較多的是卡子和相關安裝結構相結合的方式，零部件安裝時需要將卡子事先安裝在零部件上^[1]。此種連接方式除了需要卡子外，還需在其中一個零部件上設計卡子安裝結構。汽車儀表板中的端蓋板，喇叭罩蓋等較多運用此種方式。

丙烯酸泡棉膠帶粘結顧名思義就是利用丙烯酸泡棉膠帶將被粘零部件連接在一起，和被粘零部件形成三明治結構。丙烯酸泡棉膠帶結構如下圖1，其中丙烯酸泡棉內核和兩側的丙烯酸膠成分一致，根據相似相溶原理，相比其他普通類型的膠帶（聚酯或聚氨酯泡棉膠帶），丙烯酸泡棉膠帶具有優異的應力分散性能。在使用工況下，膠帶兩側零部件收縮率不一致或受力不一致，導致兩者存在著剪切效應，普通類型膠帶的丙烯酸膠和零部件及內核（圖2黃色部分）邊界均存在較大的應力，聚酯或聚氨酯泡棉內核不能很好地分散應力，因此膠帶易于和被粘零部件分開而出現脫膠現象;在丙烯酸泡棉膠帶中，兩側的膠和丙烯酸泡棉內核可以看成一個整體，應力可以分散在整個膠帶中，大大降低了脫膠的風險。丙烯酸泡棉膠帶廣泛地運用于汽車內外飾，比如輪眉、門下護板、擾流板、字標牌、天窗密封條、車門密封條、頂棚和天窗蘑菇搭扣等等。

針對焊接式的連接方式，由于不需要重復拆裝，可以采用如圖3的方式進行連接固定，直接使用丙烯酸泡棉膠帶將被粘零部件粘結在一起。這通常可以取代一些常用的焊接工藝，如上文提到的除霜風道和風道加強件、手套箱內外板等之間的焊接。通常情況下塑料零件焊接強度要求大約為200N，而常溫下丙烯酸泡棉膠帶的正向拉拔強度約為60- 90N/cm²（泡棉撕裂），所以只需約4cm²大小的丙烯酸泡棉膠帶即可滿足其力學性能要求，這在設計膠帶粘結面時非常容易實現。

針對卡接式的連接方式，由于涉及到重復拆裝，可以采用如圖4的方式進行固定-蘑菇搭扣。該產品具有三大優點：（1）改善質量：無咔嗒咔嗒異響和震動;隱蔽安裝，從而獲得更好的外觀;（2）設計靈活：靈活的安裝部位，節省空間;（3）操作性強：容易定位，憑借搭扣固定時的咔嗒響就能隱蔽嵌套，可多次的拔插修補容易（如下圖5）。

常溫下蘑菇搭扣的正向拉拔強度約為5.6-7.2N/cm²（蘑菇搭扣之間脫落），在滿足連接功能的同時又方便拆裝。因此在內飾系統中，蘑菇搭扣常用于安全帶蓋板，電控箱蓋板，車頂控制器蓋板，ECU，副儀表板空調蓋板，油泵控制器，頂棚，車尾燈亮條，擋風玻璃和天窗等的固定，在滿足可拆卸的情況下還能有效防止異響（如圖6）。

2 膠帶粘結優勢分析

相比焊接，機械緊固和卡接，膠帶粘結具有如下優勢：

2.1 焊接

如上文提到，焊接需要將焊接部位熔融，但是塑料零部件在受熱后至冷卻過程中容易產生收縮變形，甚至來料時塑料零部件本身存在著變形，在放入焊接工裝時不能很好地貼合，容易產生虛焊甚至脫焊的情況，這是焊接方式在加工過程中比較容易出現的問題;另一個需要考慮的問題就是零部件的生產過程，對于進行焊接的零部件，通常需要在其中一個零部件上設計焊接筋條，那么在注塑模具上通常就會產生相對應的尖鋼結構，這就對注塑模具的設計和保養有了更高的要求。而采用膠帶粘結時只需在零部件上設計膠帶貼覆的平面即可，模具的設計和保養相對就簡單許多，而且能規避焊接過程引起的零部件變形問題，甚至能分散零部件來料時變形帶來的應力。

2.2 機械緊固

螺釘螺母和自攻絲螺釘固定方式，容易在緊固的位置產生較為集中的應力，而且連接零部件之間不能形成密封接頭。在有些外觀要求較為嚴格的部件中，如果這兩種連接方式緊固扭力不夠時容易產生異響，緊固扭力過大時塑料零部件容易變形甚者開裂，造成間隙、段差不均勻甚至功能失效。在某些不需重復拆裝的情況下，使用膠帶粘結不僅能滿足其力學性能的要求，而且可以避免零部件在裝配過程中產生的變形或開裂，能夠很好地滿足零部件的間隙及段差等外觀要求。

2.3 卡接

針對含有卡子的固定，在重復拆裝時卡子容易變形甚至斷裂，極易造成功能失效和異響問題，如果斷裂的卡子不慎落入儀表板等復雜零部件內部，有時還需要將儀表板拆下后才能找到斷裂的卡子，費時費力，而且在重復拆裝過程中還容易引起新的問題。對于卡子和安裝卡子零部件的制造過程，需要考慮其模具設計和保養^[2]，增加了成本。此種情況下使

用蘑菇搭扣的優勢非常明顯，只需在零部件上設計貼覆蘑菇搭扣的平面即可，無需額外增加卡子，也無需在零部件上設計卡接部位;而且拆裝次數在5次以內時，蘑菇搭扣的拉伸強度幾乎不變。

但是隨著大家環保意識的增強，消費者對汽車駕駛艙的揮發性有機化合物（VOCs）的要求也越來越高，他們擔心膠帶的使用對駕駛艙的氣味和VOC性能產生影響。VOC指在常壓下，熔點低于室溫，沸點在50～260℃的各種有機化合物，按其化學結構，可以進一步分為：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他等。膠帶粘結零部件后，和兩面被粘的零部件形成了三明治結構，其中有機化合物的揮發基本上靠其余四個非常小的側表面。另外在膠帶的設計過程中，可以通過更改膠水配方（溶劑型、乳液型或熱熔膠）來降低VOC，也可以優化膠帶的生產工藝（優化膠水涂布和烘干等過程的參數）來降低VOC。因此膠帶的使用對零部件或整車VOC貢獻非常小。

評估駕駛艙環境的另一個特性就是氣味。膠帶和被粘零部件形成的是三明治結構，目前大部分主流的整車廠測量此類零部件的氣味時都采用此結構，所以膠帶對氣味性能影響也是非常小。眾所周知瀝青類阻尼片在汽車上大量使用，以普通的三廂轎車為例，它在車里面的瀝青阻尼片，如果以兩毫米厚的話大概使用3個平方。這些阻尼片通常直接貼在車身鋼板壁上起到減少噪聲、減少震動，也就是說起到阻尼作用^[3]。相比瀝青的揮發面積及揮發成分，丙烯酸泡棉膠帶對車內環境影響其實微乎其微。

參考文獻

[1] 方瀟湧.丙烯酸泡棉膠帶在汽車結構優化方面的應用.[M]汽車工程師.2011（2）：55-58.

[2] 劉廷福.汽車外飾件的鑲嵌結構設計[J].企業科技與發展，2010（6）： 42-43.

[3] 豪華車品牌被曝用瀝青阻尼片降成本[J].廣西質量監督導報，2013年第4期.