液态可喷涂型阻尼隔音材料与尼龙堵盖兼容性研究

孙一鹏,马晨辉,朱恩弘

(泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201208)

0 引言

汽车行驶过程中由于道路环境以及动力总成激励不可避免地会产生包括发动机噪声、路躁、风噪、胎噪等各种来源的噪声，影响乘员驾驶体验。为此业内通常采用铺设沥青阻尼垫等吸声降噪材料改善客户体验。随着中国汽车市场汽车保有量增加和消费观念日益成熟，消费者越来越重视私家车乘员舱内空气质量和总挥发性有机化合物指标(Total Volatile Organic Compounds，TVOC)，消费者因汽车用沥青垫致癌的新闻也屡见不鲜，很多消费者到店试驾时会把车内气味友好度作为购车消费一个非常重要的考察项。加之传统沥青阻尼片全产业链生产环境不友好，迫使汽车产业开发新的更加环保、车内空气质量更好的替代品，液态可喷涂型阻尼隔音材料(LASD)由此逐渐登上汽车市场舞台，并逐渐获得业内及消费者认可。

1 LASD及尼龙堵盖概述

液态可喷涂型阻尼隔音材料(Liquid Apply Sound Deadener，LASD)，根据汽车噪声性质不同，汽车降噪可以分为吸音降噪、隔音降噪、阻尼减振降噪和主动降噪等几种不同方法。LASD作用机制主要是阻尼减振降噪，通过将高阻尼材料附着在固有阻尼低的车身钣金表面以获得复合阻尼，耗散结构件振动能量实现降噪。其常见分类为水性丙烯酸基材LASD、PVC基材LASD和橡胶基材LASD。考虑到环保要求，汽车行业常用水性丙烯酸基材LASD，其成分主要为丙烯酸乳液、填料、表面活性剂等，含水量达到近20%，经过油漆烘房烘烤后发生固化，粘接于钣金表面。LASD材料特性详见表1。

表1 LASD材料特性

与LASD这项新技术不同，尼龙堵盖是一种传统的用于改善整车NVH表现和密封性的汽车零部件。由于汽车制造工艺要求，汽车制造过程中，车身钣金需要释放很多大小不一的孔洞，由于这些孔洞多起到工艺作用，行驶过程中可能接触到积水或者流动、飞溅的雨水，因此应需要在出厂前予以封闭，避免漏水问题和提高整车气密性。为获得更好的密封性，封堵地板区域的尼龙堵盖通常需要增加一圈热熔胶以提高尼龙堵盖与周边钣金零件的贴合度。常见施工方式为白车身随流水线进入油漆车间→电泳液浸泡→电泳烘房烘烤，操作员使用带有热熔胶的尼龙堵盖封堵地板孔洞，喷涂油漆胶密封焊缝，机械手向目标钣金表面喷洒LASD，进入中涂烘房烘烤固化，完成色漆、清漆、面漆喷涂及烘烤。

2 尼龙堵盖与LASD兼容性问题研究

2.1 发现问题

在研究LASD施工工艺时发现，当试验车以15 km/h通过涉水深度到达300 mm的水坑时，偶发小规模地板渗水问题，基于RED-X方法，发现该渗水问题与油漆车间工艺强相关，调查情况发现，在300 mm涉水条件下发现前地板后方区域四个LASD下尼龙堵盖漏水，在涉水过程中，水从堵盖边缘透过尼龙堵盖渗入车内。

RED-X又被称为谢宁方法，是一种借助统计学工具寻找问题的最大差异点的复杂问题解决方法。图1和图2分别为RED-X策略图和集中图。

图1 RED-X策略图

图2 RED-X集中图

通过RED-X策略图分析寻找失效事件在各个环节的最大差异点，如图1所示，最大的结果差异在于堵盖的位置，基于此情况，继续使用RED-X的工具集中图，通过集中图锁定问题具体位置。如图2所示，可以进一步发现不同堵盖位置的漏水概率也并不相同。

对不同的漏水位置进行断面切割来分析结构如图3所示，从结构断面图可以发现尼龙堵盖与LASD的不同匹配结构导致不同的漏水状态，可猜测漏水问题根本原因为尼龙堵盖与LASD的兼容性问题。基于此猜想，利用5 PENNY工具对此猜测进行子系统验证如图4所示，发现实验结果符合预期，并且置信度达到95%以上。由此可将漏水问题根本原因锁定为尼龙堵盖与LASD的兼容性问题。

图3 堵盖与LASD断面图

图4 RED-X 5 PENNY验证图

2.2 问题分析

不同于传统的固态沥青阻尼垫，LASD液态可喷涂型阻尼隔音材料主要成分为水性丙烯酸乳液，其含水量达到20%。尼龙堵盖由尼龙堵盖本体和热熔胶环组成。尼龙堵盖基体材料为PA6(图5)，即聚酰胺6，其热熔胶材料为EVA，即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(图6)。图5及图6为PA6和EVA材料分子式。PA6尼龙有很好的机械性能，较强的韧性和较低的脆性，耐高温，但其吸湿性强，储藏条件要求密封干燥，堵盖基体材料由其构成。EVA热熔胶通常由乙烯与醋酸乙烯在高压下共聚而成的，再配以增黏剂、黏度调节剂、抗氧剂等制成。EVA热熔胶不含水分，常温为固体，加热至一定温度后熔融为具有一定黏性的流体，冷却到熔点以下又迅速固化，化学性质稳定，黏结力强，工业上广泛作为黏合剂使用。热熔胶密封堵盖由二者通过二次注塑工艺生产。

图5 PA6尼龙化学分子式

图6 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA热熔胶)化学分子式

根据资料得知，PA6尼龙材料具有吸水特性，保存条件要求密封，包装打开后保质期为72 h，EVA热熔胶不含水，但受潮后，烘烤后水蒸气溢出会造成热熔胶固化后出现微小气泡，汽车生产工艺中铺设在尼龙堵盖上方的LASD材料含水量达到20%，如尼龙堵盖及LASD材料施工后未及时烘烤，存在堵盖吸潮，影响热熔胶密封性的可能。

2.3 试验验证

为验证以上观点，具体进行子系统级别试验如下：

(1)选取保质期内带热熔环堵盖10枚，不同料厚钢板10片，堵盖模拟生产状态卡接于钣金唇边；

(2)堵盖上表面喷涂LASD材料，静置3 h；

(3)模拟油漆车间烘房温度曲线烘烤试样;

(4)取冷却至室温后的试样置于不同高度水箱中静置3 h，测试其是否漏水，试验装置如图7所示；

图7 实验装置——水箱

(5)取同批次堵盖10枚，重复步骤(1)、(3)、(4)，作为对照组。

静水压力实验前观察两组堵盖，其颜色均呈现浅灰色，如图8所示，图8(a)左侧堵盖上方无LASD，图8(b)堵盖上方覆盖有LASD，热熔胶附着于尼龙和钣金状态完好，覆盖有LASD材料的尼龙堵盖与钣金黏接处热熔胶有肉眼可见小气孔如图9所示，而对照组状态明显优于第一组零件。第一组零件在水压试验开始5 min后试验装置开始渗水，对照组无渗水现象。为进一步证明尼龙堵盖密封性降低的原因是材料吸收LASD中水分，继续进行三组试验作为对照，第三组样件局部覆盖LASD材料，第四组样件覆盖沥青隔音垫材料，并重复步骤(1)、(3)、(4)。第五组样件喷涂LASD材料，喷涂后直接重复步骤(3)、(4)。第三组样件中有2个堵盖试验装置出现渗水现象，且渗水速度低于第一组样件，第四组、第五组样件热熔胶烘烤后性状稳定，局部无明显气泡，未出现渗水现象。试验方案汇总见表2。

图8 烘烤工艺后的堵盖和LASD

图9 烘烤工艺后的堵盖熔胶凝固状态对比

表2 堵盖子系统试验方案

根据表2堵盖子系统试验分析可知，LASD材料以及施工后静置一段时间是引起带热熔环尼龙堵盖烘烤后漏水的主要因素，控制这两个因素可以解决漏水问题。由于缩短静置时间在工业生产中难以长期执行，故选择排除LASD与尼龙堵盖直接接触作为漏水问题控制措施，并进行下一步整车级试验。整车试验方案见表3，具体为：

(1)选择10辆清洁白车身及保质期内带热熔环堵盖若干；

(2)由同一操作员完成堵盖安装；

(3)设定机械臂程序，驾驶员侧堵盖正常铺设LASD材料，副驾驶侧LASD喷涂避开尼龙堵盖边缘，保持25 mm间隙；

(4)静置3 h后，进入油漆烘房烘烤；

(5)车身进入总装车间安装剩余零件；

(6)整车下线后，进入试车场蓄水池进行涉水实验，保持15 km/h匀速通过水池，深度选择100、200、300 mm。

由表3可知，300 mm水池深度下有8辆试验车主驾驶侧地板出现渗水失效，驾驶侧在其他水深下无渗水失效，所有试验车副驾驶侧舱内保持干燥，无漏水、渗水问题。

表3 整车试验方案

3 结论

经过整车涉水试验和尼龙堵盖子系统试验证明，LASD液态可喷涂型阻尼隔音材料作为汽车工业用于改善整车NVH表现和车内空气质量的新工艺存在一定局限性，由于其组分中含有较多水分，容易引起带热熔胶环的尼龙堵盖EVA材料熔融过程中受水蒸气影响而产生气泡，进而影响其对钣金孔洞密封，带来涉水试验渗水等失效问题，降低设计稳健性。因此LASD施工过程中，其喷涂轨迹需要规避带热熔胶环的尼龙堵盖。