膠粘劑/密封膠在汽車制造工業(yè)中的應(yīng)用
隨著汽車制造技術(shù)的發(fā)展及其不斷提高的性能要求，膠粘劑密封膠作為汽車生產(chǎn)所必需的一類重要輔助材料，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。粘接技術(shù)在汽車制造上的應(yīng)用，不僅可以起到增強(qiáng)汽車結(jié)構(gòu)、緊固防銹、隔熱減振和內(nèi)外裝飾的作用，還能夠代替某些部件的焊接、鉚接等傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)相同或不同材料之間的連接，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在汽車向輕量化、高速節(jié)能、延長(zhǎng)壽命和提高性能方向發(fā)展的道路上，膠粘劑密封膠發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
汽車制造大體上可能分為以下幾個(gè)步驟，即車身的制造，發(fā)動(dòng)機(jī)及底盤的制造，總裝配等，圖1為汽車制造過程示意圖。將對(duì)汽車車身的制造過程中焊裝工序、涂裝工序、總裝工序、裝配工序膠粘劑密封膠的應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)汽車前期研發(fā)用材料、特殊工藝用膠情況做一些簡(jiǎn)要介紹。
2.汽車車身制造工序
車身是汽車總體的主要組成部分之一。通常，載重汽車的車身是駕駛室(包括車前板制件即車頭部分)，貨箱及車架。大客車和轎車車身有些有車架，有些沒有車架，車底板就起車架的作用。
車身的制造按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大致要經(jīng)歷以下幾道工序：
1、車身的沖壓
該工序主要通過壓力機(jī)上的模具，對(duì)金屬板材在其壓力下沖壓成一定形狀的車身零部件。
2、車身的裝配與焊接
目前車身通常采用的裝焊方式為接觸點(diǎn)焊，分雙邊點(diǎn)焊和單邊點(diǎn)焊，接觸點(diǎn)焊是在電極壓力的作用下，將焊接件緊密接觸，利用電流流經(jīng)焊件時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱加熱焊接件，使焊接點(diǎn)熔合在一起。
3、車身的涂裝
經(jīng)由焊裝組裝完成后的車身殼體要進(jìn)行涂裝，涂裝的作用主要是起防銹、防腐，延長(zhǎng)車身壽命和裝飾目的。汽車車身涂裝通常要經(jīng)過圖2的工序：
3. 汽車粘接/密封膠的應(yīng)用
3.1 汽車用膠粘劑密封膠選用原則
汽車生產(chǎn)是批量性、流水式生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中有其特殊性，此外作為交通運(yùn)輸工具的汽車在各種道路、氣候下行駛，因此，汽車用膠粘劑、密封膠必須充分滿足和適應(yīng)汽車制造廠中的生產(chǎn)工藝，大批量、流水線生產(chǎn)及應(yīng)用性能要求。具體要求見表1。
3.2 膠粘劑密封膠在汽車上的主要應(yīng)用
部位圖3 標(biāo)明了膠粘劑、密封膠在汽車上主要應(yīng)用部位。
圖3 粘接劑、密封膠在汽車上使用部位示意圖
1.車燈膠；2.發(fā)動(dòng)機(jī)罩減震膠；3.發(fā)動(dòng)機(jī)變速器密封、鎖緊；4.車窗粘接、密封；5.頂棚粘接；6.隔熱材料粘接；7.頂蓋流水槽密封；8.行李箱內(nèi)襯粘接；9.內(nèi)飾粘接；10.防震粘接劑：.車外裝飾條粘接；12.車底防石擊涂料：13.點(diǎn)焊密封膠；14.剎車蹄片粘接
3.3 膠粘劑密封膠在汽車車身上的應(yīng)用情況
車身上應(yīng)用的膠粘劑、密封膠主要有折邊膠粘接劑、點(diǎn)焊密封膠、減震膠、焊縫密封膠、抗石擊涂料、指壓膠、內(nèi)飾膠、風(fēng)擋玻璃膠、丁基密封膠、厭氧膠、硅酮密封膠等，下面分別介紹各種類型粘接劑、密封膠在汽車車身上的應(yīng)用部位及使用要求。
3.3.1車身焊接工序用粘結(jié)劑密封膠
車身焊裝工序用粘接劑密封膠車身焊裝是車身制造的重要工序，為了提高車身的密封、防銹蝕性，減輕振動(dòng)，需要在車身鈑金搭接處涂敷密封膠。
以粘接代替點(diǎn)焊或部分代替點(diǎn)焊組裝車身技術(shù)的發(fā)展，使膠粘劑在車身裝配中又有了新的應(yīng)用。在焊裝線使用的粘接劑、密封膠，除了要具備汽車用膠的一般性能外，最重要的是對(duì)涂裝工藝不會(huì)產(chǎn)生不良影響，能承受涂裝前處理工藝的沖洗，不污染電泳液及涂層質(zhì)量。
目前焊裝工序主要應(yīng)用的膠粘劑密封膠有三類：
1)折邊膠
汽車的車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和行李箱蓋板等部件通常是將內(nèi)、外蓋板折邊后點(diǎn)焊連接的。但是這種工藝使車身表面增添了許多由焊接而造成的凹坑，嚴(yán)重影響了車身的外觀質(zhì)量。為了解決這個(gè)問題，國(guó)外從70年代開始采用粘接取代點(diǎn)焊的方法來(lái)生產(chǎn)汽車車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋的折邊結(jié)構(gòu)，所用的粘接劑稱為折邊膠。圖4為折邊工藝過程示意圖。
以粘接代替焊接制造汽車折邊部件有著十分廣泛的應(yīng)用前景，是汽車制造工藝的發(fā)展方向，除了車門、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、行李箱蓋以外，也可用于側(cè)圍等其它部位。
2)點(diǎn)焊密封膠
汽車車身由若干塊鋼板焊接而成，焊縫存在是不可避免的，焊縫處密封性的好壞直接關(guān)系到車身的質(zhì)量和耐銹蝕能力，是整車技術(shù)性能中一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。在汽車制造中，如果各鈑金件連接處的縫隙沒有采取有效措施進(jìn)行密封，汽車在行駛中必然出現(xiàn)漏水、透風(fēng)和漏塵現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能引起焊縫處鋼板的銹蝕，使鋼板過早穿孔，加速車輛的報(bào)廢。
汽車制造業(yè)現(xiàn)在通用的焊縫密封方法是涂布點(diǎn)焊密封膠。其從使用性能上可以分為膨脹型和非膨脹型兩大類，使用工藝如下：沖壓件在焊裝前，將膠涂敷在沖壓件結(jié)合處的單板上，然后將兩板合攏點(diǎn)焊，隨電泳漆、中涂面漆等烘烤工序一塊固化。
汽車生產(chǎn)中使用的點(diǎn)焊密封膠要求具有好的施工工藝性、觸變性，能夠保證密封性能，在經(jīng)過后序涂裝工藝前處理時(shí)，不被沖洗掉，同時(shí)小能污染電冰液，點(diǎn)焊膠中不能含有硅類物質(zhì)，微量的硅樹脂都可能對(duì)電泳漆和面漆質(zhì)量造成危害。又不能影響點(diǎn)焊的強(qiáng)度，焊接時(shí)點(diǎn)焊膠不分解出有毒氣體或能引起金屬銹蝕的物質(zhì)，加熱過程中不流淌，膠膜固化后足夠的彈性和附著力，耐介質(zhì)，耐老化。
3)膨脹型防震粘接劑
在汽車車身制造過程中，車身覆蓋件的外板與加強(qiáng)梁間的結(jié)合通常使用焊接方法裝配，車身駕駛室頂蓋加強(qiáng)梁，發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋加強(qiáng)梁以及行李箱蓋加強(qiáng)梁等外板的組合，都采取焊接方法，由于在蓋板與加強(qiáng)梁間存在著一定的縫隙，行車中可能因振動(dòng)而生產(chǎn)噪音，而且蓋板上的焊點(diǎn)也嚴(yán)重地破壞了外觀的平整性，為了克服以上缺點(diǎn)，可以在焊裝前，將膨脹型防振粘接劑涂布在沖壓薄板與加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)中，經(jīng)油漆烘干設(shè)備加熱固化，膠層具有較高的粘接強(qiáng)度，受熱膨脹后將加強(qiáng)梁與蓋板緊密結(jié)合成為一體，減少或完全取消結(jié)合焊點(diǎn)，因而可以提高車身外表的美觀性，減弱行車中的振動(dòng)和噪聲，膨脹型防振粘接劑的使用部件如圖5。
膨脹型防振粘接劑通常為液態(tài)膏狀物，也有的制成膠帶狀，在車身焊裝過程中，將膠(或膠帶)涂在加強(qiáng)梁上，然后組合焊接。與點(diǎn)焊密封膠相似，膨脹型防振粘接劑不必單獨(dú)設(shè)立加熱固化調(diào)和，通常在電泳涂裝烘干爐中膨脹、固化，所以其使用工藝條件和要求與點(diǎn)焊密封膠相同。
上面介紹了目前裝焊工序常用的幾種膠粘劑密封膠材料，隨著汽車制造工藝的進(jìn)步及膠粘劑密封膠技術(shù)進(jìn)展，目前在焊裝工序還有幾種的粘接密封材料：
1)折邊膠帶(高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠帶)
折邊膠帶是隨著國(guó)外新車型進(jìn)入我國(guó)的。其主要用于汽車中控門鎖加強(qiáng)件等部位的粘接，該部位由于間隙較大，因而糊狀折邊膠因施工問題難以應(yīng)用。折邊膠帶的剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度等主要參數(shù)均與折邊膠相同，可推廣應(yīng)用于汽車其他間隙較大而需結(jié)構(gòu)粘接的部位。
2)膨脹型點(diǎn)焊密封膠帶
上面介紹的點(diǎn)焊膠絕大多數(shù)都是膏狀物，這種膏狀密封膠在性能上能滿足技術(shù)要求，但在施工工藝上卻有不足之處，如需專用機(jī)械涂膠機(jī)或手動(dòng)涂膠槍；施膠量不易控制，施工膠過多會(huì)在搭接件點(diǎn)焊或沖壓時(shí)溢出，污染工位，影響生產(chǎn)效率；過少時(shí)易產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致密封失敗。我們公司根據(jù)日本同類產(chǎn)品指標(biāo)，結(jié)合多年為各大汽車廠配套服務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，研制出了膨脹型點(diǎn)焊密封膠帶，該材料性能參數(shù)完全達(dá)到了日本豐田技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，克服了糊狀點(diǎn)焊膠施工不方便的缺點(diǎn)，大大提高了汽車生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)效率
3)膨脹型減震膠帶
與點(diǎn)焊膠類似，現(xiàn)用膨脹膠也是糊狀，在用于汽車引擎蓋、車身側(cè)板的填充減震時(shí)，由于施膠部位間隙都比較大，在施膠后的工序過程中常常引起膠料擠出、流掛，導(dǎo)致缺膠起不到減震效果的問題。膨脹型減震膠帶由于采用合成橡膠材料，狀態(tài)呈固態(tài)，則克服了這個(gè)缺點(diǎn)，而且減震效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于糊狀減震材料。
4)鋼板補(bǔ)強(qiáng)膠片
隨著汽車向輕量化、高速、節(jié)能方向的進(jìn)一步發(fā)展，車身鋼板要求越來(lái)越薄，而且汽車鋼板在車身成型過程中，因沖壓拉伸變得較為薄弱，在汽車長(zhǎng)期行駛過程中，薄弱處如旅行車車門拐角，經(jīng)常開啟、關(guān)閉受到反復(fù)的拉力、撞擊和振動(dòng)等應(yīng)力作用，會(huì)導(dǎo)致該處金屬板產(chǎn)生疲勞，在應(yīng)力能量不能分散、消耗情況下，集中在某些缺陷處(如工藝孔處、拐角處等)產(chǎn)生裂紋。粘貼補(bǔ)強(qiáng)膠片的目的就是通過補(bǔ)強(qiáng)膠片中橡膠分子的松弛作用，在受力作用下產(chǎn)生位移和形變，使應(yīng)力均勻分散，從而消耗掉外界施加的能量，消除或減弱應(yīng)力能量對(duì)鋼板的影響，增強(qiáng)其抗疲勞性，避免裂紋的產(chǎn)生或阻止其擴(kuò)展。
5)高膨脹填充物
為了降低汽車車身整體重量而不降低汽車整體強(qiáng)度，往往將某些加強(qiáng)部位做成空腔結(jié)構(gòu)，如車身前風(fēng)擋玻璃兩側(cè)立柱、門立柱等部位，但這些部位在車輛高速行駛過程中，車身外部噪音會(huì)進(jìn)入立柱空腔，產(chǎn)生共振現(xiàn)象而導(dǎo)致車廂內(nèi)產(chǎn)生噪音問題，從而影響汽車的駕乘舒適性。高膨脹填充物就是用于擋玻璃兩側(cè)前立柱內(nèi)填充，起到隔絕噪音目的的一種膠粘劑，根據(jù)形態(tài)可分為糊狀產(chǎn)品和成型產(chǎn)品，該類產(chǎn)品具有高膨脹、低密度、耐各種前處理液，在底涂、中涂、面涂工序過程中能充分固化膨脹，且不污染電泳液、面漆的特點(diǎn)。
3.3.2 車身涂裝工序用粘接劑密封膠
涂裝工藝用膠雖品種較少，卻是汽車上用量最大的一類，主要有焊縫密封膠和抗石擊涂料，其基材成份都為PVC塑溶膠，兩者雖然在性能上各有側(cè)重，但工藝上都要求能夠通過高壓涂膠設(shè)備實(shí)施機(jī)械化涂布或噴涂。
1)焊縫密封膠
焊縫密封的好壞直接影響到車身的密封性和防銹蝕能力，前面已經(jīng)介紹了焊縫密封的方法之一涂布點(diǎn)焊密封膠，另外一種方法就是涂布焊縫密封膠密封焊縫。
焊縫密封膠主要用于車身焊裝后涂在焊縫上的密封膠，起到密封防漏，增強(qiáng)防銹能力和填補(bǔ)焊縫，增加車體美觀性的作用。一般要求焊縫密封膠要具有突出的觸變性，在堆積一定厚度時(shí)能保持棱角，不發(fā)生流淌，加熱塑化后，膠層有彈性、不開裂、外觀平整，對(duì)中涂和面漆不能產(chǎn)生變色現(xiàn)象，焊縫密封膠在汽車密封、防漏、防銹方面起著至關(guān)重要的作用。
2)焊縫密封膠帶
焊縫密封膠帶是一種預(yù)先成型的帶狀密封材料，隨汽車車身烘烤工序一起固化。在大面積車身焊裝成型工藝中，焊縫的密封雖有焊縫膠可以解決現(xiàn)實(shí)問題，但如果采用預(yù)先成型的密封膠帶來(lái)覆蓋焊縫，則具有施工簡(jiǎn)便快捷，外表美觀對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的粘接密封材料，目前在汽車行業(yè)應(yīng)用還較少。
3)防石擊涂料
防石擊涂料是在涂裝工序，噴涂在汽車底板上，用于緩沖汽車高速行駛過程中，諸如沙石等各種物體對(duì)底板的強(qiáng)力沖擊，提高底板抗腐蝕能力，延長(zhǎng)使用壽命的一種密封劑，另外還有助于降低車內(nèi)噪音，改善乘員的舒適性，目前已被汽車廠家廣泛采用。
4)指壓密封膠
在涂裝工序，除了使用前面提到的粘接密封材料外，還用到指壓密封膠。所謂指壓密封膠，實(shí)際上是一種密封膩?zhàn)?，用手指涂抹、壓?shí)，主要用于車身焊裝后所形成的較大縫隙、工藝孔的密封以及凹凸不平處的修飾等。
指壓密封膠要求無(wú)毒、無(wú)味、施工過程不粘手，與鋼板附著性好，在油漆烘干過程中一塊固化，烘干過程中不流淌、不收縮，與密封件結(jié)合力好。該材料在客車、越野車、重型卡車等車型中應(yīng)用較多。
3.3.3 汽車總裝工序用粘接劑密封膠
汽車內(nèi)飾材料的選擇以及質(zhì)量的高低是衡量整車舒適性、安全性和華麗性的重要指標(biāo)。汽車內(nèi)飾件多為非金屬材料、種類繁多，因材料性質(zhì)不同，應(yīng)用場(chǎng)合各異，所以用膠品種互有區(qū)別，難以一概而論，現(xiàn)就其中某些重要品種作一介紹。
1)內(nèi)裝飾膠
用于將軟質(zhì)頂棚材料粘貼到車身頂蓋上，增添車內(nèi)美觀華飾。目前國(guó)內(nèi)這一用途的膠種都以溶劑型氯丁膠為主，在工藝和性能上要求初粘力高，滿足車身內(nèi)飾生產(chǎn)線快節(jié)奏的需要，在汽車庫(kù)存及使用過程中，不能引起頂棚材料產(chǎn)生變冬現(xiàn)象。
2)丁基密封膠帶
主要用于車門內(nèi)板防水膜的粘接密封，它由丁基橡膠添加增粘劑擠出而成型，指壓貼合容易，與鋼板漆面和防水膜均有較強(qiáng)的粘接力，能長(zhǎng)期保持粘彈性和密封性，目前已被汽車行業(yè)廣泛采用。
3)風(fēng)擋玻璃膠
汽車的車窗玻璃如果密封性不好，則在行車、停放過程中會(huì)造成漏水、透風(fēng)、漏塵土等現(xiàn)象。目前車窗玻璃的固定、密封方式有橡膠密封條固定、橡膠密封條一密封膠固定密封、直接粘接劑固定密封等三種方式。對(duì)于前兩種密封方式，主要采用丁基類非固化型密封膠對(duì)密封條與車玻璃及窗框的間隙進(jìn)行密封，見圖6；車窗玻璃的直接粘接密封則采用聚氨酯類粘接材料進(jìn)行粘接。該類膠粘劑通常是聚氨酯主劑配合清潔劑、漆面/玻璃底劑一同使用，剪切強(qiáng)度較高，彈性和密封性突出，能將玻璃和車身緊密結(jié)合為一個(gè)整體，增強(qiáng)了車身剛性，保證于密封效果，提高了汽車安全性。粘接示意圖見圖7。
3.3.4 裝配件用膠粘劑密封膠
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、底盤裝配用膠粘劑密封膠，其應(yīng)用和作用主要表現(xiàn)在各種平面、孔蓋、管接頭的密封和螺栓的鎖固方面，可以防止油、水、氣的泄漏和螺栓的松動(dòng)，直接關(guān)系到汽車的正常運(yùn)行，其主要用膠品種有厭氧膠和硅酮密封膠。
1)厭氧膠：
涂布工藝簡(jiǎn)單、固化速度快、鎖固密封性能好，根據(jù)使用部位的不同要求，有不同強(qiáng)度的品種，其中可預(yù)涂高強(qiáng)度微膠囊型厭氧膠，適合汽車上大量螺紋件機(jī)械涂布的快節(jié)奏要求。
2)硅酮密封膠：
在平面密封方面有其自身的長(zhǎng)處，膠層彈性好、耐油、耐老化、涂膠簡(jiǎn)單、可剝離性強(qiáng)、拆卸方便。高分子液態(tài)密封膠可以配合墊片使用，半干型粘彈性硅酮膠也可以取代墊片單獨(dú)使用。
3.3.5 其他工序用膠情況
1)汽車模型用膠
汽車模型膠主要用于汽車工業(yè)中各種新車型推出前的1：1主模型驗(yàn)證、工藝模型和檢驗(yàn)夾具的制作，替代以前制作這類模型采用的大興安嶺地區(qū)或加拿大的優(yōu)質(zhì)松木，解決了木質(zhì)模型存在的變形大、精度差，耗材多，不易保管，不易修補(bǔ)等問題。目前在汽車工業(yè)已廣泛應(yīng)用。
2)其他特殊工藝用膠
汽車制造工藝過程中還要用到多種其它膠粘劑密封膠，如剎車蹄與摩擦片粘接用的剎車蹄片膠，是以改性酚醛樹脂為基材的膠粘劑，代替鉚接工藝能保證可靠的粘接強(qiáng)度，降低噪音，延長(zhǎng)摩擦片使用壽命；濾芯器生產(chǎn)用的濾芯膠，是增強(qiáng)樹指補(bǔ)強(qiáng)的PVC塑溶劑，能耐油、耐熱老化，滿足流水線作業(yè)要求；微孔堵漏用的浸滲劑，在粉末冶金件和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體等零件砂眼缺陷的彌補(bǔ)上作用明顯；汽車裝配過程用的壓敏膠帶，可以保護(hù)車身免于污染、磕碰，或協(xié)助零件裝配時(shí)固持定位：鑄造行業(yè)用的合成樹脂粘結(jié)劑，主要有酚醛樹指、呋喃樹指及少量改性脲醛樹脂三種，廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋等零件的鑄造工藝上。
