浅谈液态阻尼胶在汽车上的应用

梁卿卿，郭培

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

0 引言

汽车车身结构一般是由单层或多层的镀锌板或冷轧板焊接而成，汽车在行驶过程中受振动时，就会形成振动辐射噪声，并成为汽车主要噪声。另外，汽车和发动机运行时的机械噪声也是由于白车身各部件振动及相互作用产生的。为了有效降低或控制噪声，提高汽车的舒适性，汽车主机厂普遍采用表面阻尼结构减少振动。这些阻尼结构一般设置在门板、侧围外板、顶盖、发动机和行李箱盖的内表面和车身底板的上表面。

在20世纪五六十年代时，汽车厂一般采用沥青、石棉制防声浆，涂布厚度为2～3 mm，喷涂在上述部位作为防声阻尼涂料。随着工业的发展，后来基本上都采用粘贴型热熔阻尼胶片，其主要成分是沥青、滑石粉、改性剂、胶粉、云母粉、磁粉等，按所贴部位的需要，可加工成各种形状、厚度不等的阻尼板，在涂装车间喷中涂前进行粘贴。由于该阻尼板异物及尘埃比较多，在整个工序中容易引起涂装性不良问题，并且操作者因手动反复性操作，很容易产生疲劳感。基于以上问题以及环保要求，现代化的汽车工厂开始使用喷涂性阻尼材料，即Liquid Applied Sound Damper（LASD，可喷涂隔音阻尼材料）。文中针对水性喷涂型阻尼胶的材料、在汽车中应用的成本和对工艺设备的要求等方面进行描述。

1 液态喷涂型阻尼胶的特点及优势

乘用车用液体喷涂型阻尼胶材料主要有3种，分别是水性丙烯酸型、橡胶型和PVC型，3种型号的阻尼胶在各汽车厂均有使用，水性丙烯酸型阻尼效果最好，其次是橡胶型，最差的是PVC塑溶胶型，因此水性丙烯酸型应用较广泛。文中提及的液态阻尼胶均为水性丙烯酸型。

液态喷涂阻尼胶板采用机器人作业的方式。与传统成型沥青阻尼胶板的工艺相比，在生产线布置以及物流配送方面有很大的不同，其主要的优势有:

1.1 良好的阻尼性能和质量保证

如图1所示:在相同的使用温度内，喷涂型阻尼胶不仅阻尼效果明显优于贴片阻尼胶，同时喷涂型阻尼胶适用温度范围广，阻尼性提高25%～30%，明显优于沥青胶板型。

机器人喷涂自动控制，具有高的重复性和喷涂形状可优化性，避免了员工操作失误而带来的漏粘、错粘以及粘贴不牢导致阻尼性能下降的问题。

1.2 柔性强的施工性能

传统的阻尼胶板均需要依据车型的不同而进行二次开发，阻尼胶板制造商需要设计不同的模具，操作者在现场操作时需要依据不同的车型粘贴不同型号和数量的阻尼胶板，极易造成漏粘、错粘的情况，具体对比见表1。

表1 施工性能对比表

1.3 良好的环境友好性

水性阻尼涂料作为一类环保功能材料，在生产和施工过程中，对环境无污染。水性阻尼涂料是以水作为分散介质的，它含有的VOC非常少，同时能够改善整车使用过程中的室内气味性。沥青阻尼胶板为了保证两层之间不粘粘，需要在层间设计隔离纸以及涂抹滑石粉等隔离剂，这些隔离剂在施工过程中使操作环境出现灰尘，产生的尘埃飘落到车身上导致车身涂装外观不良。而水性阻尼涂料则无此问题，对改善员工作业环境和提升涂膜质量有明显的效果。

1.4 整体运行成本降低

喷涂型阻尼胶材料成本虽然高于沥青阻尼胶板，但是由于材料密度小用量少，减少了库存和物流以及员工等，综合应用成本降低，同时提高了生产节拍。根据表2进行成本分析，按照年产20～30万产能的生产线来说，使用喷涂型阻尼胶能够节约成本约10～20万元。

表2 喷涂型阻尼胶和沥青阻尼胶板存储物流对比

2 对工艺设备以及车身设计的要求

喷涂型阻尼胶由于需要设计输送管路和安装机器人，因此该工艺适合在新线体设计时使用，对于旧线体改造涉及到土建、设备等多方面，一般来说不建议旧线改造。喷涂型阻尼胶由于机器人定位以及水性溶剂等方面的原因，对工艺设备环境有不同的要求，主要体现在以下方面:

2.1 对车身输送链系统定位精度的要求

液态阻尼胶板工艺操作模式为间歇式，车身进入喷涂工位后，输送链转运停止，车身静止。为了防止机器人与车身制件干涉以及喷涂位置的准确性，对识别定位的要求较高。喷涂机器人上配备视觉系统，对车身进行定位，在定位结束时，由摄像头完成可能需要的适当的调整之后，车身定位达到要求，机器人才开始其轨迹。一般来说，要求的车身定位准确度是车身晃动误差±5.0 mm，车身停止位置前后误差±5 mm，停止位置左右误差±3 mm，这些都由输送链系统来保证。

2.2 对液体输送系统的要求

由于喷涂型阻尼胶具有黏度高、流动性差、固体颗粒粗等特点，为了防止出现压力不足、雾化不良、喷嘴堵塞等问题，这就要求在进行喷涂作业时要选择压力比值较大的高压无气喷涂设备。推荐喷涂压力为16～16.5 MPa。同时由于随温度变化黏度变化明显，为了避免温度的变化对黏度产生影响，导致喷涂厚度发生变化，因此需要对输送系统做温度控制措施，所有管路要进行保温，以达到稳定的施工状态。LASD建议将温度设置在 （35±2）℃，略高于室温，常年只需加热而不需要冷却。对输送系统要求设计加热措施，温差范围为±2℃，避免温度超差大。

因为LASD水性阻尼涂料为了保持乳液体系的稳定，通常产品的PH值保持在8～9之间，呈弱碱性，需要配套的输送管路、胶泵以及桶必须是不锈钢，以免长期使用过程中被乳液腐蚀。循环方式采用主管循环，盲端结构。

2.3 对采购周期和存储环境的要求

喷涂型阻尼胶以水作为溶剂，不同于溶剂型涂料，会有一些特殊因素需要加以控制。实验表明:LASD材料在0℃左右低温存放超过2天，涂层的柔韧性、耐冲击性、耐盐水性以及损耗因子等重要指标均已不合格。因此对存储环境要求为在5～30℃的条件下储存与运输，防止冰冻及直接日晒，密封包装中的空气应足够潮湿以防止材料表面干燥，不能储存于易腐蚀的容器中，冬季要注意加强库房的保温措施。建议至少提前2～3天将材料运至泵房，使材料温度稳定至泵房的温度。

要求施工环境通风良好，在此条件下可保证水分能够以较快的速度蒸发出去，温度过高或过低都会影响涂层性能，如出现气泡、流挂、长时间不干等质量缺陷。推荐环境湿度小于75%。

喷涂型阻尼胶以水为溶剂，涂料保质期短，一般为3个月，比沥青阻尼胶保质期12个月要短很多，因此需要生产计划的精准性高，在保质期内使用。

2.4 对车身设计的要求

喷涂型阻尼胶喷涂效果同时需要车身设计时进行同步考虑，要求在数模设计时考虑以下方面:

考虑机器人喷涂可达性。如果被零件所遮挡则无法喷涂，需要对阻碍件进行位置调整或者结构优化;对于总装需要的螺栓、孔洞等，需要进行合理避让或者遮蔽，这就需要设计一个工位的人工粘贴工位。对喷涂形状提出要求，例如，喷涂宽度最好固定是一个宽度的倍数，这样避免调整喷幅，节约喷涂时间。

由于需要对车身进行视觉定位，视觉定位的原理是视觉系统利用4个已标定的摄像头从4个角度采集车体4个部位的图像，并从这些图像中搜索车体上的固有特征标记点 （理想的标记点是孔，但是角、边沿等其他特征标记也可以利用）的二维图像坐标;同时根据各个摄像头之间的方位关系以及标记点在车体坐标系下的坐标，在数学上确定一个最佳的车体方位，并计算出当前方位和理论方位之间的矫正矢量 （X，Y，Z，RX，RY，RZ）;通过该矫正矢量，机器人就能够正确定位当前车体并调整其工作应用轨迹。对于在生产线上生产的不同的车型，都要求所有车型的4个特征标记点都在类似的位置，因此需要在数模设计时考虑特征标记点的设计。

3 结束语

水性阻尼涂料作为一类环保功能材料，其良好的阻尼性能、施工性能以及环境友好性，使得其应用范围日益扩大，前景可观。鉴于其在地铁车辆上已经得到了广泛的应用，因此在汽车行业新线体设计时也得到了特别的关注以及实施。对于我国汽车行业来说，该技术尚属于新技术之列，因此对其推广还需要广大汽车涂装设计、工艺以及产品设计人员的共同配合才能实现。