汽车车门用涂装加强衬板的应用与发展

张恒超 韩双福 丁万庆 胡江浦

摘要：随着汽车车门钣金厚度的逐渐减薄，车门强度下降，需要对车门进行补强;我司近年来开发的涂装用车门加强衬板，在涂装车间（电泳烘烤过后）粘貼在车门处，可以规避焊装用加强衬板的脱落及生锈风险。发泡剂的用量及胶片厚度是影响涂装加强衬板补强效果的两大因素，发现当发泡剂用量为1.5%，厚度为0.8～1.0mm时，补强效果好，且成本较低，性价比最高。

关键词：加强衬板;汽车车门;涂装

中图分类号：TQ639文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）06-0108-04

汽车轻量化一方面响应了国家节能减排的号召，另一方面为主机厂降低了材料成本，提高了市场竞争力。其中，钣金厚度减薄是汽车轻量化的一大措施，目前主流主机厂汽车外板的钣金厚度在0.65-0.8mm之间，而未来的趋势在0.6mm左右。

汽车钣金厚度的减薄，首先影响了顾客的手感，这体现在顾客购买汽车的时候用手按压车身钣金，车门会出现凹坑，给顾客一种“皮儿薄”的感受，降低了顾客对该车安全性的感官评价。其次，影响了顾客驾乘舒适度，随着钣金厚度减薄，汽车在行驶过程中会产生相应的激励，引起车门及其他侧围等部位的钣金共振，导致发出“口哨声”;另外，在关车门的时候，钣金减薄显著降低了关门声品质，在用力关车门的时候会感觉整个车身都在晃动，没有厚重感。

为了解决汽车钣金减薄带来的问题，粘贴加强衬板是目前较好的选择。加强衬板由玻璃丝布、胶粘层及隔离纸组成，其中玻璃丝布主要提供高模量，胶粘层提供固化后内聚强度，隔离纸作为隔离层，用以提升操作施工性。加强衬板与钣金一起烘烤后能形成复合结构，增强钣金刚性，提高车门的关门声品质，同时消除一部分怠速时车身结构产生的低频噪音，降低由发动机与路面引起的激励相耦合，减少共振现象，提高NVH性能。

目前加强衬板主要是焊装车间使用，但是在施工操作会有不少的问题：冬季焊装车间气温相对低，胶片初粘力弱，可能导致部分位置粘接不牢，烘烤后产品翘角或者脱落，若未及时发现，在成品车中可能会导致车门异响及车门钣金生锈。为了改善上述性能，我司推出涂装车间使用加强衬板，因为涂装车间温度基本保持在20-30℃，且电泳板表面有很多羟基等活泼基团，能够有效改善冬季焊装车间气温偏低和产品粘接力弱的问题，同时电泳板不易锈蚀，目前在一些主机厂得到了广泛的应用。

加强衬板的胶粘层主要由环氧树脂、橡胶、炭黑、石油树脂、固化剂及填料等组成。本文对涂装车间用加强衬板的应用进行了研究。研究了发泡剂用量、产品厚度、产品外形对产品性能的影响。并对涂装加强衬板的发展进行了展望。

1 实验部分

1.1原材料

改性环氧树脂，南亚环氧树脂（昆山）有限公司;环氧树脂128，南亚环氧树脂（昆山）有限公司;丁腈橡胶，赛可德（衡水）橡塑有限公司;碳五加氢石油树脂，中国石油天然气股份有限公司兰州石化公司;炭黑N330，天津亿博瑞化工有限公司;双氰胺H1600，宁夏大荣实业集团有限公司;促进剂PN-50，日本味之素精细化学株式会社;硫化剂，广东杜巴新材料科技有限公司;发泡剂F50，日本松本油脂制药株式会社;滑石粉，天津兴发滑石粉厂。

1.2仪器与设备

微机控制电子万能试验机，型号CMT4204，美斯特工业系统（中国）有限公司;送风定温恒温箱，型号DKM410C，重庆雅马拓科技有限公司;数显卡尺，型号111N-101GA，桂林广陆数字测控股份有限公司;分析天平，型号XS204，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司;盐雾腐蚀试验箱，型号LYW-025N，上海蓝豹试验设备有限公司;橡胶（塑胶）加压式捏炼机，型号X（S）N，大连华韩橡塑机械有限公司。

1.3加强衬板的制备

将10%丁腈橡胶、2%碳五加氢石油树脂、5%环氧树脂128及少量滑石粉加入密炼机里进行密炼，得到半成品;再取适量半成品加入捏合机，随后加入20%改性环氧树脂、15%环氧128、2%炭黑、6%双氰胺、2%促进剂PN-50、滑石粉、0.4%硫化剂、不同比例的发泡剂F50等，捏合均匀后，转移至挤出机中，按照0.83mm胶层厚度进行挤出，两面分别覆上玻璃丝布和隔离纸，经过滚压，贴合密实，得到厚度为1mm的加强衬板成品，最后对其进行不同形状的裁切。

1.4性能测试

电泳钢板型号：DC01;尺寸150mm×25mm×0.8mm;

烘烤温度：150℃*20min，冷却至室温后再次进行150℃*20min烘烤（涂装烘烤工艺）

补强倍率、初始粘接力、燃烧持续性、抗冲击性：按照QC/T851-2011规定进行测试。

耐盐雾性：按照GB/T10125-1997中480h进行测试（电泳板尺寸150mm×150mm×0.8mm;加强衬板尺寸100mm×100mm×1.0mm）。

2结果与讨论

2.1发泡倍率对补强效果的影响

对初始厚度1.0mm（包括0.83mm厚度胶层和0.17mm厚度玻璃丝布）加强衬板进行测试，在环氧树脂用量一定的情况下，发泡剂的用量对产品性能的影响如表1所示：

由表1可以看出，一定范围内随着发泡剂用量的增加，发泡倍率不断增加，产品补强倍率也随之增强。加强衬板由于发泡倍率增加，产品厚度增加，测试补强倍率时力矩增大，补强倍率明显提高。在发泡剂用量1.5%时，2.5mm挠度时补强倍率为2.37，最大力挠度时补强倍率为4.56;而对应该补强倍率时，0%发泡剂的加强衬板需要1.5～1.7mm厚度时才能达到该补强水平，相当于发泡型加强衬板减重33%-41%。但是当发泡剂用量继续增加到3%时，对钢板的补强程度开始下降，这是由于发泡剂过量导致产品内部结构的穿孔率增加，泡孔的不断增大降低了产品的内聚强度，还会使产品长期耐吸潮性下降。由于发泡剂成本较高，高比例添加量会显著的增加成本。综上表明，发泡剂用量在1.5%时性价比最高。

2.2胶片厚度对补强效果的影响

当确定了发泡剂用量后，对不同厚度的加強衬板进行补强倍率测试，测试结果如表2。

从表2可以看出，随着加强衬板厚度的不断增加，对相应钢板的补强会有较大的提高。在初始厚度为1.0mm时，各挠度补强倍率即可满足标准要求。在初始厚度为2.5mm时，2.5mm挠度补强倍率达到7.17，最大力补强倍率达到10.55，基本达到标准值的3倍，在一些特殊部位（钢板薄弱处，或者车身内地板局部需要饭金增强处），主机厂的设计工程师可能会需要这类高强度补强产品。

2.3加强衬板形状对钣金的影响

加强衬板随着厚度增加，强度会有质的飞跃，但这样的高强度产品可能会导致产品贴附钣金周围出现凹坑/拉痕等应力集中的问题，解决方案为对产品形状（常规形状如图1）设计异形化，如图2和图3，这种方法增加了加强衬板边缘与钣金的接触面积，可以分散车门/侧围在冬季由于室内外温度差异较大等原因产生的应力，减轻或者弱化应力集中问题，从而减轻或避免钣金变形问题。

2.4涂装加强板的发展方向

涂装加强衬板有较多的优点，但是也有不足之处。涂装加强衬板使用部位受限，只能在车门等人工能够操作的部位进行粘贴，不能使用在侧围及前车盖等部位。

随着国家法规逐渐完善，对汽车零部件的气味性和VOC要求越来越严格。为贯彻落实《中国制造2025》（国发[2015]28号）和《大气污染防治行动计划》（国发[2013]37号），加快推进落实绿色制造工程实施指南，推进促进重点行业挥发性有机物削减，国家工信部、财政部于2016年7月8日联合发布《重点行业挥发性有机物削减行动计划》。目标是到2018年，工业行业VOCs排放量比2015年削减330万吨以上，其中低（无）VOCs胶粘剂使用量要达到85%以上。主机厂也对加强衬板的VOC提出了更高的要求;这就要求供应商在选择初级原材料时就要考虑原材料的VOCs情况，因为产品的VOCs主要是由化工原材料（合成橡胶/环氧树脂/石油树脂等）在制造过程的一些微量溶剂及小分子单体无法脱除造成的，这其实对我国基础工业化学品制造行业提出了更高的要求。发泡型加强衬板的发泡剂为物理发泡剂，发泡后气体不溢出扩散，不会对产品有气味性影响。

涂装加强衬板根据实际车型的情况，会有更多的主机厂采纳使用。建议使用通用零件（尺寸为300mm×150mm×1mm;200mm×100mm×1mm），大小件配合使用，所有车型根据这2个尺寸配合使用，无需根据每个车型具体再行设计开发，直接借用，减少零部号，降低产品储存和管理费用，降低成本;对供应商来说能够大批量生产，降低储存管理费用，降低成本，前景广阔。

有些主机厂目前在车门及侧围使用烘烤硬化钢材质，本身强度较大，不需要高倍率的补强，可考虑采用低厚度（0.7-0.8mm）的涂装发泡型加强衬板，2.5mm挠度时补强倍率可以达到1.5倍以上，最大力补强倍率可以达到3倍。但是产品厚度受加工工艺影响，如果厚度过薄，对加工均匀度是一个严峻的考验，产品越薄，产生的“空洞”就会越多，成品率明显下降。所以综合考虑，产品厚度1.0mm或者0.8mm为较优选择。

3 结论

涂装加强衬板的发泡剂用量为1.5%时，性价比最高。涂装加强衬板1.0mm即可满足大部分主机厂标准要求，若主机厂对补强倍率没有较高要求，可考虑加强衬板为0.8mm厚度，降成本的同时，也能轻量化。涂装加强衬板由于在减缓凹坑及拉痕方面有先天优势，后续得到较强关注。涂装加强衬板未来的发展方向为高强度、低厚度、低VOC、低气味、低固化温度、低成本。