车底抗石击防护胶在汽车上的应用

李富强 张爱平 李丹彤 商中伟 朱 府

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

车底抗石击防护胶在汽车上的应用

李富强 张爱平 李丹彤 商中伟 朱 府

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

介绍了4种车底抗石击防护胶的应用现状及优缺点。在PVC型抗石击防护胶中，发泡型产品的轻量化与隔音降噪性能最好，抗冲击性能介于普通型和低密度型之间；水性丙烯酸酯型防护胶与PVC型相比对环境友好，但是成本较高。

车底抗石击防护胶；沥青；聚氨酯；PVC；聚丙烯酸酯

抗石击防护胶主要用于汽车车底、挡泥板等部位，能有效防止汽车在行驶过程中受到碎石、泥砂等撞击而造成严重毁损和锈蚀，延长汽车的使用寿命，并且能有效地降低汽车运行中产生的振动和噪声[1,2]。该产品喷涂在车身电泳漆表面，经过油漆烘烤工艺固化后，达到要求的使用性能。

近年来，随着汽车工业的飞速发展，抗石击防护胶的产品种类和性能均有较大改善和提升。本文介绍了常用的4种抗石击防护胶的应用现状及优缺点。

1 车底抗石击防护胶的种类

车底抗石击防护胶是数十种汽车用胶粘剂中用量最大的一种，几乎占汽车用胶总量的一半。车底抗石击防护胶主要有聚丙烯酸酯型、PVC（聚氯乙烯）塑溶胶型、聚氨酯型和沥青型。上世纪80年代中期以前，沥青基抗石击防护胶曾长期被采用，它具有较好的防腐、耐水性能，且成本低廉，但其机械强度低、耐砂石冲击性差，尤其是耐高温性能欠佳[3]，同时还存在容易起泡、脆裂、石棉致癌等弊端，沥青基防护胶已逐渐消失。聚氨酯系防护胶综合性能好，固化后表面平整、细腻，具有良好的外观装饰效果，但成本较高，且施工不方便，在生产过程中需进行搅拌防止溶剂析出，同时又要避免防护胶因温度过高而凝结，烘干过程中也需随时控制升温速度，防止升温过快造成涂层针孔。由于成本和施工方面的限制，聚氨酯型抗石击防护胶的推广应用具有一定的局限性。PVC塑溶胶在我国的研究和应用起步较晚，80年代以后，随着一些汽车制造厂从国外引进车型和技术，以及改型换代产品的投产，人们逐渐开始使用PVC塑溶胶作为抗石击防护胶，此胶以优异的性能、低成本迅速普及。但PVC塑溶胶是含氯材料，在降解过程中产生含氯的气体，对环境和人体健康造成危害。开发应用无PVC树脂的环保型抗石击涂料已是当今发展趋势，聚丙烯酸酯型抗石击防护胶是在此基础上发展起来的环保型汽车防护胶，它不含氯材料，在分解的过程中释放的气体为碳氢化合物，对环境和人体不造成危害。本文主要介绍目前应用较广泛的3种PVC型和聚丙烯酸酯型抗石击防护胶。

2 PVC车底抗石击防护胶

PVC车底抗石击防护胶是以聚氯乙烯树脂为主体成分，同时加入塑化剂、稳定剂、添加剂、增粘剂等混合而成的加热硬化型糊状涂料。聚氯乙烯为主要成分，使固化后的涂膜具备良好的弹性、抗腐蚀性和耐石击性能等各项力学性能。塑化剂可使底涂胶浆糊化，使聚氯乙烯的可塑性增加，调节黏度，方便操作及成膜。稳定剂能提高涂料在较高温度下的稳定性，改善防护胶的贮存稳定性，防止涂层在高温发生变色和降解。添加剂具有增韧补强、改善流平性和触变性、提高成型性的作用，同时降低了防护胶的原材料成本。增粘剂在加热过程中与环氧电泳漆羟基（-OH）反应，形成良好的配位键，从而产生化学粘附作用，大大增加涂层对电泳漆的附着力，形成粘接强度高、力学性能好的弹性体。

目前PVC车底抗石击防护胶有普通型、低密度型和发泡型等，低密度型和发泡型是基于汽车轻量化和隔音降噪的需求在普通型基础上发展起来的。

2.1 普通型PVC抗石击防护胶

普通型PVC抗石击防护胶是最早出现的PVC型底涂防护胶，其具有优异的抗石击防腐蚀性能和低廉的成本，同时操作方便，目前仍为大多数汽车厂所采用，属于一般技术水平的通用型产品。

2.1.1 固化机理

PVC底涂防护胶的固化过程属物理变化，在40～80℃开始产生缓慢的反应（塑化剂湿润PVC粒子，产生膨润），在高于80 ℃后膨润急速进行，最终塑化剂与PVC完全熔融成为一体，完成固化过程。涂层完全固化需要140 ℃/30 min。因此，涂膜需经140 ℃以上烘烤温度、历时30 min使之充分塑化，才能使性能达到最佳状态[4,5]。

2.1.2 PVC抗石击防护胶的发展趋势

目前国内大部分轿车生产厂家都已经在车底使用了抗石击防护胶，每台车的PVC防护胶用量最高可达10 kg以上。随着车辆使用年限的延长和车速的加快，对汽车底盘防护胶的抗石击性能要求大大提高，为了提高其抗石击性，要求增加抗石击防护胶的膜厚，大幅度增加涂膜厚度会急剧增加防护胶的用量，并且会使汽车重量增加，能耗增大，不利于汽车的轻量化设计，因此，如何使抗石击防护胶轻量化，以便在保证抗石击性能的前提下，降低防护胶的用量和汽车的油耗，就成为底涂防护胶研究的一个重要课题。

2.2 低密度PVC抗石击防护胶

低密度抗石击防护胶是在汽车轻量化要求的基础上研发出来的，为了使抗石击防护胶达到轻量化的目的，在普通型防护胶中加入无机中空填料，如中空玻璃球、硅藻土中空球、中空碳酸钙等，以此来降低抗石击底涂胶的密度。但是，无机中空填料在受到外力冲击时容易破碎，导致涂膜耐冲击性下降，尤其是在低温状态，所以防护胶中无机中空填料的含量必须控制在合适的范围内，既可以保证底涂防护胶的抗冲击性，又能达到其轻量化的目的。部分汽车厂对低密度底涂的抗冲击性能有所顾忌，所以暂未得到大范围应用。

2.3 发泡型PVC抗石击防护胶

为了解决低密度防护胶无机中空填料抗冲击性能差的问题，改为发泡塑料中空体，即在普通防护胶中添加塑料发泡剂，发泡剂受热后产生气体膨胀，使固化成膜后的防护胶具有了一定的膨胀率，由于塑料中空体的密度非常低（0.02～0.05），可使涂膜密度大大降低[6]，进而达到汽车轻量化的目的。同时，塑料发泡剂压缩回弹性好，受到局部冲击时缓冲强度高，不易破碎，抗冲击性能较好。塑料发泡剂虽然最大限度的减少了产品自身强度的降低，但由于中间为空腔，部分削弱了防护胶的强度，抗冲击性能还是略逊于普通型。

2.3.1 发泡机理

发泡剂的种类很多，从产生发泡气体的机理来看,有化学发泡剂和物理发泡剂2大类，化学发泡剂是指发泡剂在受热时发生热分解放出气体，使塑料基材发泡；而物理发泡剂在受热时不发生分解，而是靠受热时本身的蒸气压使塑料基材发泡。发泡防护胶中的发泡剂一般为物理发泡剂，塑料中空发泡剂在受热后中间气体膨胀使塑料基材形成弹性良好的密闭球体，发泡机理如图1所示。

图1 发泡型防护胶的发泡机理Fig.1 Foaming mechanism of foamingtype protective coating

2.3.2 隔音降噪性能

发泡型抗石击防护胶，利用多孔性材料的特性阻抗，可以提升其隔音降噪的性能，当汽车在行驶过程中受到砂石冲击时，砂石冲击波在防护胶的微孔中产生摩擦和粘滞阻力，声波转化为热能被吸收，使汽车在行驶过程中的砂石冲击对驾驶者的影响降到最小。

图2为发泡底涂胶和普通底涂胶吸声系数的对比结果，吸声系数越大，噪声在通过涂膜时的损失就越大。由图2可知，同一类型防护胶，涂膜越厚吸音系数越大，吸声效果越好。相同涂膜厚度下，发泡型比普通型吸声系数大，吸声效果好。

图3为发泡型和普通型底涂防护胶隔声量对比结果，隔声量越大，对通过涂膜的噪声的阻抗作用越大。由图3可知，同一类型防护胶（发泡型或普通型），涂膜越厚隔声量越大，阻抗效果越好。相同涂膜厚度下，发泡型比普通型隔声量大，隔声效果好。

图2 发泡型和普通型吸声系数对比Fig.2 Comparison of acoustic absorptivity between foaming type and common type coatings

图3 发泡型和普通型隔声量对比Fig.3 Comparison of sound insulation between foaming type and common type coatings

3 水性丙烯酸抗石击防护胶

水性丙烯酸抗石击防护胶与PVC抗石击防护胶相比具有以下特点：

3.1 环境友好性

水性丙烯酸底涂防护胶的主体材料是聚丙烯酸酯，由于其不含氯元素，在高温分解的过程中没有含氯的气体放出，对环境友好，后续处理完全环保。

同时，水性丙烯酸底涂防护胶的溶剂为水，在烘烤固化的过程中释放的溶剂为水，减少了VOC排放，有利于现场操作人员的身体健康和环保。

3.2 优异的外观

水性丙烯酸型防护胶比传统的PVC型具有更优异的烘烤后外观，丙烯酸树脂本身具有相当好的流动性，保证了体系最终具有良好的流动性。烘烤后外观很光滑，尤其是在对外观要求较高的门槛部位表现比较突出。

3.3 节能

水性丙烯酸酯型防护胶使用的塑化温度较低，PVC型塑化温度一般为（140～160）℃，而丙烯酸酯的塑化温度为（130～140）℃，降低了能源消耗。

3.4 耐久性能

与聚氯乙烯树脂相比丙烯酸树脂耐紫外线、耐热性好，抗老化性能优于聚氯乙烯防护胶, 可赋予涂膜优良的耐久性能。

水性丙烯酸酯防护胶在美国、日本等国家，尤其是在日系车型上几乎全部应用了以丙烯酸酯为主体的抗石击防护胶，为了顺应此发展趋势，2007年巴斯夫对欧洲水性底涂涂料工厂扩产[7]。但目前由于其价格较高，如果没有强制性环保法规的出台，聚丙烯酸酯型抗石击防护胶在短期内可能无法实现大规模推广应用。

4 结语

介绍了4种汽车抗石击防护胶，并对其性能进行了对比分析。PVC型抗石击防护胶中，发泡型的轻量化和隔音降噪性能最好，抗冲击性能介于普通型和低密度型之间；丙烯酸型与PVC型相比对环境友好，但是目前成本较高。

[1]曾谨霖.汽车涂料的现状及发展浅析[J].湘潭化工, 1993(1):12.

[2]韩景平.汽车功能涂料的新进展[J].材料导报, 1996(1):6.

[3]王美华.国外汽车耐石击涂料技术进展[J].涂料与应用,1993(1):8.

[4]中国公路学会客车分会和江苏省交通科学研究院.客车制造工艺技术[M].第2 版.北京:人民交通出版社,2008.

[5]佚名.PPG 隆重推出CORASHIELD 水性抗石击涂料[J].化学工业,2009(9).

[6]吕群.汽车用耐石击涂料的中空体填料—微泡VDC共聚树脂[J].化工新型材料,1997(4):13.

[7]巴斯夫对欧洲水性底涂涂料工厂扩产[J].聚氨酯,2008(1):13.

Application of stone chip-protection coating for underbody of vehicle

LI Fu-qiang,ZHANG Ai-ping,LI Dan-tong,SHANG Zhong-wei,ZHU Fu
（Beijing Automotive Technology Center Co.,ltd.,Beijing 101300,China)

The article introduced the application status as well as the advantage and disadvantage of four kinds of stone hip-protection coatings for the underbody of vehicles. Among PVC based coatings,the light-weighting and noise-resistance properties of foaming type coatings are the best, but their stone chip-resistance property is between the common type and lowdensity type coatings. Compared with the PVC based coatings, the water-based acrylic coatings are enviroment friendly and high-cost.

TQ437+.4

A

1001-5922（2015）02-0055-04

2014-09-01

李富强（1979-），男，工程师。研究方向：汽车涂装工艺。E-mail：lifuqiang@beijing-atc.com.cn。

张爱平（1980-），女，工程师，研究方向：汽车化工材料。E-mail：zhangaiping@beijing-atc.com.cn。