涂裝車間水性阻尼膠材料鼓包問題分析與解決

陳忠德，孫鴻昌，張欣然，丁佳彬，常亞恩 （寧波吉利汽車研究開發(fā)有限公司，浙江寧波 315300）

0 引言

水性阻尼膠材料是以水性丙烯酸樹脂為主要載體，應(yīng)用于白車身電泳后的車內(nèi)地板、輪罩、頂蓋區(qū)域，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的瀝青阻尼膠板的可噴涂型隔音阻尼環(huán)保性材料，以下簡稱“LASD”（Liquid Applied Sound Deadener）。20世紀(jì)70年代開始，瀝青阻尼板材料通過其高的質(zhì)量（面密度）因素實(shí)現(xiàn)了在汽車上的阻尼效果。90年代開始，第一代LASD是以環(huán)氧基材或PVC（聚氯乙烯）基材為主體的材料，阻尼性能與瀝青阻尼板相當(dāng)，并且實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化噴涂施工。2010年開始，第二代LASD是以橡膠基材或水性基材為主體的材料，在實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化噴涂施工的前提下，通過有效的能量轉(zhuǎn)換原理，把結(jié)構(gòu)噪音轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉，其阻尼效果相較于傳統(tǒng)的瀝青阻尼板更加優(yōu)異。同時，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，對整車輕量化和環(huán)保要求越來越高，更多的汽車主機(jī)廠選擇應(yīng)用第二代水性LASD材料。

1 鼓包問題

2019年8月，公司新建汽車生產(chǎn)基地投入使用LASD材料，涂裝車間采用先進(jìn)的B1B2緊縮型生產(chǎn)工藝，其主要工藝流程如下：

白車身檢查→前處理電泳→電泳打磨→治具更換→人工粗密封→人工細(xì)密封→機(jī)器人LASD→人工LASD找補(bǔ)→上遮蔽→機(jī)器人UBS→人工找補(bǔ)→機(jī)器人UBC→人工找補(bǔ)→卸遮蔽→人工擦凈→膠烘干→面漆B1→面漆B2→面漆烘干→精飾修補(bǔ)→報交注蠟→貼膜交付。

LASD投入使用后，首臺調(diào)試車前圍上部機(jī)器人噴涂后，經(jīng)膠烘房烘干后LASD膠條出現(xiàn)了大面積鼓包現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 LASD膠條鼓包Figure 1 Swelling of LASD strip

2 原因分析

LASD膠條出現(xiàn)鼓包問題，可能與材料施工工藝（膠條膜厚、膠條寬度、固化溫度、機(jī)器人噴涂姿態(tài)）、材料配方有關(guān)。組織材料供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商、車間等相關(guān)方開會討論，優(yōu)先確認(rèn)是車身局部膠條出現(xiàn)問題，還是整車膠條均出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，其次排查現(xiàn)場施工工藝并進(jìn)行驗(yàn)證，然后確定問題真因，最后制定臨時措施及永久對策。

2.1 機(jī)器人實(shí)車噴涂確認(rèn)

整車噴涂LASD，確認(rèn)濕膜膠條外觀，符合均勻、無分叉、無起泡要求，同時測量濕膜膜厚，符合產(chǎn)品（2±0.2）mm要求。

LASD濕膜狀態(tài)確認(rèn)無問題后，經(jīng)膠烘房烘烤，確認(rèn)膠條干膜外觀，整車LASD膠條出現(xiàn)大面積鼓包現(xiàn)象，見圖2。

圖2 實(shí)車LASD干膜Figure 2 LASD dry film of the real vehicle

2.2 手工槍實(shí)車噴涂確認(rèn)

通過手工槍進(jìn)行實(shí)車噴涂驗(yàn)證，烘烤后LASD膠條出現(xiàn)大面積鼓包現(xiàn)象，見圖3。

圖3 實(shí)車手工噴涂Figure 3 The manual spraying of the real vehicle

2.3 爐溫曲線確認(rèn)

測量膠烘房爐溫，確認(rèn)爐溫曲線，爐溫滿足LASD材料固化要求（預(yù)烘干需滿足140 ℃×10 min）。

2.4 噴板試驗(yàn)

相同的膠條長度、膠條厚度，不同的膠條寬度、不同的烘烤溫度，進(jìn)行LASD機(jī)器人噴板試驗(yàn)，然后在實(shí)驗(yàn)室烘箱烘烤，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 機(jī)器人噴板驗(yàn)證結(jié)果Table 1 Verification results through spraying sample plates by robots

相同的膠條長度、烘烤溫度，不同的膠條寬度、不同的膠條厚度，進(jìn)行手工噴板試驗(yàn)，然后在實(shí)驗(yàn)室烘箱烘烤，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 手工槍噴板驗(yàn)證結(jié)果Table 2 Verification results through spraying sample plates by spray gun

通過確認(rèn)整車機(jī)器人噴涂及手工槍噴涂LASD后的干膜外觀，確定了LASD膠條鼓包現(xiàn)象在車身各個應(yīng)用部位均存在。同時，通過確認(rèn)LASD膠條濕膜外觀、濕膜厚度、爐溫曲線均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。最后，通過機(jī)器人及手工槍噴板試驗(yàn)驗(yàn)證，排除了現(xiàn)場施工工藝的原因?qū)е铝薒ASD膠條鼓包問題的發(fā)生。下一步從材料配方著手驗(yàn)證并解決此問題。以上原因分析及驗(yàn)證，匯總結(jié)果見表3。

表3 噴板驗(yàn)證結(jié)果Table 3 Verification results through spraying sample plates

2.5 材料分析

聯(lián)合材料供應(yīng)商技術(shù)人員商討，優(yōu)先從材料施工性分析、調(diào)整與驗(yàn)證，然后再考慮從材料配方上進(jìn)行調(diào)整。通過上述噴板驗(yàn)證，初步判定LASD膠條鼓包現(xiàn)象可能與表面褶皺程度有關(guān)，膠條褶皺不均勻時，可能在烘烤過程中出現(xiàn)水分揮發(fā)不均勻的情況，導(dǎo)致產(chǎn)生鼓包現(xiàn)象。

2.5.1 調(diào)整機(jī)器人槍速

通過降低機(jī)器人噴涂速度，調(diào)整膠條表面褶皺均勻性，噴涂槍速從500 mm/s調(diào)整為100 mm/s，結(jié)果濕膜膠條表面形態(tài)無較大改觀，干膜外觀仍存在鼓包現(xiàn)象。

2.5.2 調(diào)整材料黏度

測試LASD旋轉(zhuǎn)黏度，管路系統(tǒng)內(nèi)LASD旋轉(zhuǎn)黏度107 Pa·s低于膠桶內(nèi)133 Pa·s。同時，LASD不銹鋼管路系統(tǒng)是經(jīng)純水清洗后再通過原膠置換首次投入使用的。可以判定導(dǎo)致管路系統(tǒng)內(nèi)LASD黏度低的原因是由于管路內(nèi)純水置換不徹底所致。由于現(xiàn)場無庫存，緊急從當(dāng)?shù)刂修D(zhuǎn)庫抽調(diào)2 t LASD到達(dá)現(xiàn)場，進(jìn)行排膠置換（根據(jù)理論計(jì)算，管路內(nèi)含600 kg物料）。測試置換后的各個機(jī)器人槍嘴LASD的旋轉(zhuǎn)黏度，與膠桶內(nèi)的原膠相差不大，再進(jìn)行噴板驗(yàn)證。置換后LASD濕膜膠條外觀褶皺均勻，改善明顯，但干膜鼓包現(xiàn)象改善不明顯。即通過調(diào)整材料施工黏度無法解決LASD膠條鼓包問題。

3 對策制定及實(shí)施

3.1 臨時措施

通過上述原因分析與驗(yàn)證可知，解決LASD膠條鼓包問題的永久措施是需調(diào)整材料的配方，其調(diào)整過程需不斷地分析與驗(yàn)證。同時，為不影響現(xiàn)場生產(chǎn)，需制定并驗(yàn)證臨時措施，解決材料內(nèi)部經(jīng)烘烤后出現(xiàn)的水分揮發(fā)不均勻問題。通過LASD鼓包區(qū)域摳掉再修補(bǔ)、濕膜上均勻扎眼、濕膜放置24 h（LASD屬水性材料，在空氣中可發(fā)生自干現(xiàn)象）后再進(jìn)行烘烤3種方式進(jìn)行噴板驗(yàn)證，最終確定了兩種臨時有效的解決措施，驗(yàn)證過程見表4。

表4 臨時措施驗(yàn)證結(jié)果Table 4 Verification results through temporary measure

為不影響生產(chǎn)線正常生產(chǎn)，最終選擇人工修補(bǔ)的臨時措施。

3.2 永久措施

結(jié)合此型號LASD在國外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及材料供應(yīng)商技術(shù)團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，LASD烘烤后的鼓包現(xiàn)象主要與丙烯酸樹脂種類、含水量（黏度）和烘烤條件3個因素有關(guān)，其影響程度為：丙烯酸樹脂種類>含水量（黏度）>烘烤條件。

丙烯酸樹脂根據(jù)玻璃化溫度Tg的不同，分為不同的種類。Tg越高，樹脂越硬，越難成膜，越易開裂；Tg越低，樹脂越軟，越易成膜，越不易開裂。Tg在-25 ℃以下，常溫狀態(tài)下樹脂成液態(tài)。

含水量越高，LASD烘烤時內(nèi)部干燥得越慢，如果此時含較多低Tg易成膜的丙烯酸樹脂，結(jié)果會導(dǎo)致LASD烘烤時表面快速成膜，從而封住了水汽揮發(fā)通道，其材料內(nèi)部來不及揮發(fā)的水汽必然向上頂起，出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。

烘烤溫度越高，升溫速率越快，LASD表面成膜速度越快，表面成膜速度一旦快于水汽揮發(fā)速度，其材料內(nèi)部來不及揮發(fā)的水汽也會向上頂起，出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。

結(jié)合上述爐溫曲線的狀態(tài)及材料黏度調(diào)整后的試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整材料的含水量和烘烤條件已經(jīng)意義不大。因?yàn)榕浞街斜┧針渲姆N類和配比才是LASD是否鼓包的最大影響因素。目前提供的LASD配方中的一種丙烯酸樹脂的Tg為0 ℃，另外一種丙烯酸樹脂的Tg為-13.5 ℃。在保證丙烯酸樹脂總占比不變的前提下，降低Tg為-13.5 ℃的易成膜的丙烯酸樹脂的占比。配方調(diào)整后，通過實(shí)驗(yàn)室樣品制板比較，鼓包現(xiàn)象消除，見表5。

表5 原材料配方調(diào)整及試板驗(yàn)證Table 5 Raw material formula adjustment and sample plates verification

實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證無問題后，緊急安排生產(chǎn)2 t新批次LASD材料，運(yùn)送至現(xiàn)場，進(jìn)行新膠置換。將新批次材料注入供膠管路，排出問題批次材料。然后再次進(jìn)行機(jī)器人噴板驗(yàn)證，無問題后進(jìn)行實(shí)車噴涂驗(yàn)證。新批次LASD材料機(jī)器人噴板試驗(yàn)及實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 新批次LASD機(jī)器人噴板干膜外觀Figure 4 Dry film appearance of the sample plates sprayed by robot with new batch of LASD

圖5 新批次LASD機(jī)器人實(shí)車噴涂驗(yàn)證Figure 5 The real vehicle spraying verification by robot with new batch of LASD

4 結(jié)語

水性LASD區(qū)別于PVC等油性膠黏劑材料，對于新投產(chǎn)的涂裝生產(chǎn)線體，調(diào)試期長、生產(chǎn)量小，存在LASD材料長期在高壓管路內(nèi)不流動現(xiàn)象，久而久之會出現(xiàn)材料破乳現(xiàn)象，導(dǎo)致材料變質(zhì)而出現(xiàn)品質(zhì)問題。此材料在應(yīng)用過程中，需嚴(yán)格按照材料施工手冊執(zhí)行，例如機(jī)器人槍嘴噴涂完畢后及時浸入水槽，生產(chǎn)結(jié)束后及時將管路系統(tǒng)卸壓排膠，避免材料零度以下貯存結(jié)冰，噴涂后的材料避免過長的開放時間，定期清理過濾器等日常維護(hù)。