涂装车间水性阻尼胶材料鼓包问题分析与解决

陈忠德，孙鸿昌，张欣然，丁佳彬，常亚恩 （宁波吉利汽车研究开发有限公司，浙江宁波 315300）

0 引言

水性阻尼胶材料是以水性丙烯酸树脂为主要载体，应用于白车身电泳后的车内地板、轮罩、顶盖区域，代替传统的沥青阻尼胶板的可喷涂型隔音阻尼环保性材料，以下简称“LASD”（Liquid Applied Sound Deadener）。20世纪70年代开始，沥青阻尼板材料通过其高的质量（面密度）因素实现了在汽车上的阻尼效果。90年代开始，第一代LASD是以环氧基材或PVC（聚氯乙烯）基材为主体的材料，阻尼性能与沥青阻尼板相当，并且实现了机械化喷涂施工。2010年开始，第二代LASD是以橡胶基材或水性基材为主体的材料，在实现了机械化喷涂施工的前提下，通过有效的能量转换原理，把结构噪音转换为热能消耗掉，其阻尼效果相较于传统的沥青阻尼板更加优异。同时，随着汽车行业的发展，对整车轻量化和环保要求越来越高，更多的汽车主机厂选择应用第二代水性LASD材料。

1 鼓包问题

2019年8月，公司新建汽车生产基地投入使用LASD材料，涂装车间采用先进的B1B2紧缩型生产工艺，其主要工艺流程如下：

白车身检查→前处理电泳→电泳打磨→治具更换→人工粗密封→人工细密封→机器人LASD→人工LASD找补→上遮蔽→机器人UBS→人工找补→机器人UBC→人工找补→卸遮蔽→人工擦净→胶烘干→面漆B1→面漆B2→面漆烘干→精饰修补→报交注蜡→贴膜交付。

LASD投入使用后，首台调试车前围上部机器人喷涂后，经胶烘房烘干后LASD胶条出现了大面积鼓包现象，如图1所示。

图1 LASD胶条鼓包Figure 1 Swelling of LASD strip

2 原因分析

LASD胶条出现鼓包问题，可能与材料施工工艺（胶条膜厚、胶条宽度、固化温度、机器人喷涂姿态）、材料配方有关。组织材料供应商、设备供应商、车间等相关方开会讨论，优先确认是车身局部胶条出现问题，还是整车胶条均出现鼓包现象，其次排查现场施工工艺并进行验证，然后确定问题真因，最后制定临时措施及永久对策。

2.1 机器人实车喷涂确认

整车喷涂LASD，确认湿膜胶条外观，符合均匀、无分叉、无起泡要求，同时测量湿膜膜厚，符合产品（2±0.2）mm要求。

LASD湿膜状态确认无问题后，经胶烘房烘烤，确认胶条干膜外观，整车LASD胶条出现大面积鼓包现象，见图2。

图2 实车LASD干膜Figure 2 LASD dry film of the real vehicle

2.2 手工枪实车喷涂确认

通过手工枪进行实车喷涂验证，烘烤后LASD胶条出现大面积鼓包现象，见图3。

图3 实车手工喷涂Figure 3 The manual spraying of the real vehicle

2.3 炉温曲线确认

测量胶烘房炉温，确认炉温曲线，炉温满足LASD材料固化要求（预烘干需满足140 ℃×10 min）。

2.4 喷板试验

相同的胶条长度、胶条厚度，不同的胶条宽度、不同的烘烤温度，进行LASD机器人喷板试验，然后在实验室烘箱烘烤，试验结果见表1。

表1 机器人喷板验证结果Table 1 Verification results through spraying sample plates by robots

相同的胶条长度、烘烤温度，不同的胶条宽度、不同的胶条厚度，进行手工喷板试验，然后在实验室烘箱烘烤，试验结果见表2。

表2 手工枪喷板验证结果Table 2 Verification results through spraying sample plates by spray gun

通过确认整车机器人喷涂及手工枪喷涂LASD后的干膜外观，确定了LASD胶条鼓包现象在车身各个应用部位均存在。同时，通过确认LASD胶条湿膜外观、湿膜厚度、炉温曲线均符合标准要求。最后，通过机器人及手工枪喷板试验验证，排除了现场施工工艺的原因导致了LASD胶条鼓包问题的发生。下一步从材料配方着手验证并解决此问题。以上原因分析及验证，汇总结果见表3。

表3 喷板验证结果Table 3 Verification results through spraying sample plates

2.5 材料分析

联合材料供应商技术人员商讨，优先从材料施工性分析、调整与验证，然后再考虑从材料配方上进行调整。通过上述喷板验证，初步判定LASD胶条鼓包现象可能与表面褶皱程度有关，胶条褶皱不均匀时，可能在烘烤过程中出现水分挥发不均匀的情况，导致产生鼓包现象。

2.5.1 调整机器人枪速

通过降低机器人喷涂速度，调整胶条表面褶皱均匀性，喷涂枪速从500 mm/s调整为100 mm/s，结果湿膜胶条表面形态无较大改观，干膜外观仍存在鼓包现象。

2.5.2 调整材料黏度

测试LASD旋转黏度，管路系统内LASD旋转黏度107 Pa·s低于胶桶内133 Pa·s。同时，LASD不锈钢管路系统是经纯水清洗后再通过原胶置换首次投入使用的。可以判定导致管路系统内LASD黏度低的原因是由于管路内纯水置换不彻底所致。由于现场无库存，紧急从当地中转库抽调2 t LASD到达现场，进行排胶置换（根据理论计算，管路内含600 kg物料）。测试置换后的各个机器人枪嘴LASD的旋转黏度，与胶桶内的原胶相差不大，再进行喷板验证。置换后LASD湿膜胶条外观褶皱均匀，改善明显，但干膜鼓包现象改善不明显。即通过调整材料施工黏度无法解决LASD胶条鼓包问题。

3 对策制定及实施

3.1 临时措施

通过上述原因分析与验证可知，解决LASD胶条鼓包问题的永久措施是需调整材料的配方，其调整过程需不断地分析与验证。同时，为不影响现场生产，需制定并验证临时措施，解决材料内部经烘烤后出现的水分挥发不均匀问题。通过LASD鼓包区域抠掉再修补、湿膜上均匀扎眼、湿膜放置24 h（LASD属水性材料，在空气中可发生自干现象）后再进行烘烤3种方式进行喷板验证，最终确定了两种临时有效的解决措施，验证过程见表4。

表4 临时措施验证结果Table 4 Verification results through temporary measure

为不影响生产线正常生产，最终选择人工修补的临时措施。

3.2 永久措施

结合此型号LASD在国外应用经验及材料供应商技术团队研究发现，LASD烘烤后的鼓包现象主要与丙烯酸树脂种类、含水量（黏度）和烘烤条件3个因素有关，其影响程度为：丙烯酸树脂种类>含水量（黏度）>烘烤条件。

丙烯酸树脂根据玻璃化温度Tg的不同，分为不同的种类。Tg越高，树脂越硬，越难成膜，越易开裂；Tg越低，树脂越软，越易成膜，越不易开裂。Tg在-25 ℃以下，常温状态下树脂成液态。

含水量越高，LASD烘烤时内部干燥得越慢，如果此时含较多低Tg易成膜的丙烯酸树脂，结果会导致LASD烘烤时表面快速成膜，从而封住了水汽挥发通道，其材料内部来不及挥发的水汽必然向上顶起，出现鼓包现象。

烘烤温度越高，升温速率越快，LASD表面成膜速度越快，表面成膜速度一旦快于水汽挥发速度，其材料内部来不及挥发的水汽也会向上顶起，出现鼓包现象。

结合上述炉温曲线的状态及材料黏度调整后的试验结果，调整材料的含水量和烘烤条件已经意义不大。因为配方中丙烯酸树脂的种类和配比才是LASD是否鼓包的最大影响因素。目前提供的LASD配方中的一种丙烯酸树脂的Tg为0 ℃，另外一种丙烯酸树脂的Tg为-13.5 ℃。在保证丙烯酸树脂总占比不变的前提下，降低Tg为-13.5 ℃的易成膜的丙烯酸树脂的占比。配方调整后，通过实验室样品制板比较，鼓包现象消除，见表5。

表5 原材料配方调整及试板验证Table 5 Raw material formula adjustment and sample plates verification

实验室验证无问题后，紧急安排生产2 t新批次LASD材料，运送至现场，进行新胶置换。将新批次材料注入供胶管路，排出问题批次材料。然后再次进行机器人喷板验证，无问题后进行实车喷涂验证。新批次LASD材料机器人喷板试验及实车验证结果见图4、图5。

图4 新批次LASD机器人喷板干膜外观Figure 4 Dry film appearance of the sample plates sprayed by robot with new batch of LASD

图5 新批次LASD机器人实车喷涂验证Figure 5 The real vehicle spraying verification by robot with new batch of LASD

4 结语

水性LASD区别于PVC等油性胶黏剂材料，对于新投产的涂装生产线体，调试期长、生产量小，存在LASD材料长期在高压管路内不流动现象，久而久之会出现材料破乳现象，导致材料变质而出现品质问题。此材料在应用过程中，需严格按照材料施工手册执行，例如机器人枪嘴喷涂完毕后及时浸入水槽，生产结束后及时将管路系统卸压排胶，避免材料零度以下贮存结冰，喷涂后的材料避免过长的开放时间，定期清理过滤器等日常维护。