新型車身接合粘接技術探究

張啟森

（無錫汽車工程高等職業技術學校，江蘇 無錫 214153）

車身是由車架、縱梁、橫梁、門框、立柱、圍板等結構件和覆蓋件等組裝組成，它們之間采用粘接、焊接、卡接和鉚接等形式進行組合，因此結構件和覆蓋件之間的粘接強度、可靠性、間隙度、熱變形、減振特性和維修方法等均非常重要，其連接技術影響到汽車的行駛動態強度、材料的長久性和行車安全性。

1 粘接的工藝

粘接是人類所用的將兩種材料相互連接在一起的最古老的方法，是借助膠粘劑在固體表面上所產生的粘合力，將同種或不同種材料牢固地連接在一起的方法。遠在5 000多年前，人類在生產勞動中就知道用水和黏土調和起來，把石頭和固體粘合成為生活工具。天然膠粘劑沿用了幾千年，由于其本身的膠接強度不高，其他性能（如耐水、耐溫、耐老化、耐介質等）也較差，因此,在使用上有很大的局限性。從出土文物和考古發掘可看出，4 000多年前人們就利用生漆做膠粘劑和涂料制成器具。粘接是指對相同或不同材料進行連接、接合。通過這種方法幾乎可使所有材料相互連接在一起。通過在兩種材料間涂敷、使用粘結劑可實現粘接效果。

因此粘接是通過粘結劑涂層實現的牢固表面連接。焊接和釬焊這種粘接方式也屬于通過材料熔合實現的接合工藝。這種“冷接合技術”的主要優點在于，它不會改變所連接材料各自的特性和結構。此外還能在正確使用的情況下實現幾乎所有復合材料的長久性連接。因此接合技術是將來最重要的連接技術之一，粘接的特點如表1所示。

表1 粘接的特點Tab.1 Bonding characteristics

2 粘接的材料

粘結劑是非金屬、塑料、液體或固體材料，通過表面附著力（粘附力）和內部強度（粘合力）使接合部件相互連接在一起。粘結劑分為物理凝固型粘結劑（釋放出溶劑）（例如用于線縫密封或底部防腐的塑料溶膠）和化學硬化型粘結劑（例如環氧樹脂（EP）和聚氨酯粘結劑（ PUR））。

只有化學硬化型粘結劑適合于維修時所用的粘接接合技術。使用化學硬化型粘結劑即反應型粘結劑時，粘結劑的各種化學成分以正確比例被涂敷到粘接縫中。隨后通過成分間相互的化學反應（粘合力）實現硬化。這些單組分、雙組分或多組分粘結劑形式的反應型粘結劑經過正確混合后存在一個有效時間（處理時間）。因此只能在化學有效時間內提供粘附力。該處理時間在很大程度上取決于外部環境條件，例如空氣濕度和溫度。

3 粘接的基本原理

粘接是被粘物與膠粘劑接觸后分子間的作用力作用下的結果，兩相（金屬與膠粘劑）接粘后還發生了化學反應形成了其價鍵化合物。這是百年來對膠接研究，特別是被粘接物與膠粘劑兩者的表面性質與及其相互間關系研究得出的結論。粘接中膠粘劑必須具有與被粘物表面相同或相似的分子間作用力，易于浸潤被粘物表面，可以自由流動的液體，使兩者間有盡可能多的接觸點，最好是面接觸，完成初始界面的接觸。高聚物經固化（可以高溫高層）后完成內聚性粘接，同時補充完成界面的粘接，粘附力和粘合力如圖1所示。

圖1 粘附力和粘合力示意圖Fig.1 Schematic diagram of bonding and adhesive force

黑色箭頭表示粘附力，灰色箭頭表示粘合力，淺灰圓點表示粘結劑分子。

粘接效果通過粘附力（表面附著力）得以實現，如圖2所示。粘附力通常指的是一種物質的附著力。就粘附力而言還必須綜合考慮到機械夾持、物理作用和化學作用。

圖2 粘附力圖示Fig.2 Diagram of bonding force

4 粘接應用場合

4.1 使用環氧樹脂粘結劑（EP）進行粘接

在車身制造過程中，針對車身結構主要使用環氧樹脂粘結劑（提高強度和剛度）。這種粘結劑具有很高強度，應用于與碰撞相關的承載結構，例如發動機支架、車門檻以及車門折邊凹槽。EP粘結劑不僅具有很高的靜態強度，而且還必須在承受動態負荷下滿足相應要求。在車身制造過程中主要使用單組分加熱硬化型EP粘結劑產品，這種粘接在KTL干燥器（陰極電泳涂漆）且溫度大于180℃的情況下形成網狀結構。雙組分粘結劑在車身制造過程中使用較少。通過混合兩種組分，在室溫情況下或在某些情況下在KTL干燥器內使粘結劑發生反應。EP接劑可在0.3~0.5 mm 的較小間隙情況下達到最高強度。

4.2 混合接合—EP粘接和壓力點焊

在汽車制造過程中使用EP粘結劑進行粘接相對于純壓力點焊（RSP-壓力點焊）而言具有明顯優勢。進行RSP時只能在較小區域內逐點作業，而進行粘接時則可在整個平面上進行連接。這兩種連接技術的所用方法在生產領域稱為點焊粘接。這樣可以通過接合縫內的“隔離效果”減小腐蝕危險。（潮氣不會滲入部件內）。不允許因MAG 焊接或硬釬焊在粘接縫附近產生較高熱量。

4.3 混合接合—EP粘接和機械接合

部分車身采用粘接與沖壓鉚接相結合的方式。以此將不同材料例如高強度鋼和鋁合金板材或壓鑄鋁合金和鋁合金板材接合在一起。也有相關車身通過粘接和沖壓鉚接方式對車輛前端的壓鑄鋁合金和高強度高進行接合。與盲鉚接不同，進行沖壓鉚接時不再需要預先鉆孔/沖孔。這樣可以加速接合過程。這種冷接合方法的另一個優點在于材料不會發生任何結構變化，因此整個過程的公差尺寸精度很高。

4.4 聚氨酯粘結劑（PUR）

PUR 粘結劑應用于汽車業的粘接和密封領域。就 PUR 粘結劑而言，無需通過沖壓鉚接或點焊進行附加接合，因為這種粘結劑需要很大的粘接間隙（粘接層較厚）。粘接和密封示例：

前部和后部的車窗玻璃、鋁合金或碳纖維（CFK）車頂、車門凹槽、進行車身密封時使用橡膠，但在凸緣部位上通常采用傳統的接縫密封形式。在車門、發動機室蓋和行李箱蓋上橡膠應用于折邊凹槽部位（作為折邊凹槽粘結劑）的情況越來越多，橡膠作為外板底襯還起到減振和隔音的作用。在噴漆過程中使用PVC實現折邊凹槽密封和防腐。

所有應用于車身制造領域的粘結劑、密封和隔音材料以及相關深拉延和防腐保護油均可用于鋼板電鍍鋅、火焰鍍鋅和鋁合金。在研發階段確定可以用于剛度、強度接縫、密封或底襯粘接，批準在研發總成至批量生產期間根據工藝技術以及在運行期間使用。與EP粘結劑不同的是，PUR粘結劑需要更大的粘接間隙，約3至5mm。

5 粘接注意事項

（1）不要粘合成銳角。因為油漆附在銳角上的能力很差，這樣銳角裸露在空氣中，極容易生銹，影響車輛的使用。

（2）包邊時要注意。包邊不要包出上面所說的銳角，同時折邊膠的量一定要足，因為折邊的縫隙太小，只有依靠膠來防銹，不能依靠油漆來防銹的。

（3）膨脹膠的膨脹率要得當。在涂裝烘烤后，膨脹率大會把鐵板變形，變形后就沒折了，切記切記。

（4）板材原材料不要太復雜。如果碰到車身上一塊冷軋板一塊鍍鋅板，那要調節好，因為涂裝前處理藥劑的采用是根據車身板材的材質來選定的。如果在適合冷軋板的槽子里處理鍍鋅板，強烈的堿會將鍍鋅板表面腐蝕成點點白色的銹，適得其反了。

6 結語

為滿足汽車車身的整體強調提高和車身輕量化要求，車身粘結劑應用越來越廣泛。為此，在車身裝配、調整和維修階段，對車身的材料、裝配工藝、粘結劑的性能均要了解到位，方可實現工作的需要。