水性阻尼胶附着力失效问题的解决

陈忠德

（宁波吉利汽车研究开发有限公司，浙江 宁波 315300）

随着新能源汽车“轻量化、环保、节能”的发展趋势，越来越多的主机厂开始考虑替代传统的沥青阻尼板。水性阻尼胶简称LASD(liquid applied sound deadener)，亦称SSD(spray sound deadener)，是一种可喷涂型隔音阻尼环保型材料。它是以水性丙烯酸乳液为主体，填料(碳酸钙、云母、石墨)、助剂、颜料、纯水等为辅料，聚合而成的高分子化工材料，其主要成分见表1。LASD被用在乘用车的地板上部、轮罩上部和顶盖内部，喷涂后经胶烤房、中涂烤房或面涂烤房烘烤，内部水分蒸发，聚合物粒子相互熔融，固化成膜，其湿膜及干膜状态见图1。LASD适用于B1B2(中涂+面漆紧凑型)、3C1B(三涂一烘)、3C2B(三涂二烘，湿碰湿，无胶烘房或有胶烘房)、4C3B(四涂三烘)等工艺。

图1 LASD湿膜(a)和干膜(b)状态 Figure 1 Appearance of the LASD when it is wet (a) and dry (b)

表1 LASD材料的主要成分及其作用 Table 1 Main composition of LASD materials and their function

阻尼性能主要来源于材料本身的内耗：当外界振动作用于阻尼材料时，其内部产生拉伸形变，机械能将被转化为热能而消耗掉，振动的幅度也随时间延长而逐渐衰减。LASD的阻尼性能优异主要归功于其内部结构相对疏松、多孔，其剖解状态如图2所示，总体表现为低柔韧性、低延展性。它的阻尼性能与乳液类型和用量，以及材料施工面密度有关。为使材料能在宽泛的温度范围内表现出阻尼性能，在选取 乳液时，一般由Tg(玻璃化温度)高和Tg低的乳液组成，必要时可加入Tg居中的乳液。通过调整各组分的比例，使混合物的有效阻尼温度范围跨过各均聚物的玻璃化转变区，从而达到拓宽有效阻尼温度范围的目的。

图2 LASD干燥后的截面状态 Figure 2 Section of dry LASD

随着LASD在国内的推广应用，越来越多的民营企业具备了相关研发及生产能力，越来越多的原材料由依赖进口转变为可由国产原料代替，单车材料成本呈下降趋势。LASD已经成为汽车涂装中重要的一环，其质量影响着整个车身。本文以一次LASD附着力失效问题为例，介绍了相关解决方案。

1 附着力失效问题

1.1 背景

2016年4月新建A工厂涂装车间选用了SW9001型LASD材料，生产工艺为3C2B(湿碰湿，无胶烤房)，具体生产流程如下：

前处理电泳→电泳打磨→治具更换→上遮蔽→机器人UBS(车身地板下部喷涂焊缝密封胶)→人工找补→机器人UBC(车身地板下部喷涂抗石击底涂胶)→人工找补→机器人IBS(车身地板上部喷涂焊缝密封胶)→机器人LASD→人工细密封→中涂→中涂烘干→中涂打磨→面漆→面漆烘干→精饰修补→报交注蜡→贴膜→交付。

首台喷涂LASD材料的调试车在中涂烘干后，LASD胶条发生翘边(见图3)，即出现附着力失效问题。

图3 LASD干膜翘边 Figure 3 Photo showing the warping of dry LASD

LASD材料有NVH(噪声、振动与声振粗糙度)、环保、轻量化等属性，其最主要的作用是隔音降噪，而保证相关性能的前提是附着力良好。附着力失效严重影响了后续生产交付。现场技术工程师、材料供应商、设备工程师迅速成立问题解决小组，分析问题产生的原因。

1.2 原因分析

1.2.1 原胶性能

对问题批次的LASD材料进行抽样检测，同时从材料供应商处调取了与附着力相关的原材料性能指标，结果列于表2。可见该批次材料的原胶性能及其原材料的填料粒径和发泡剂配比均符合要求，但鉴于此型号产品是首次施工在乘用车上，故暂不能排除材料方面的原因。

表2 LASD材料的性能指标 Table 2 Properties of the LASD material

1.2.2 机器人喷涂参数

车身钣金本不平整，若LASD胶条膜厚严重超出产品要求，烘烤过程中可能会出现水分挥发不均匀而导致附着力失效。经确认，LASD胶条均匀，无漏喷或分叉现象，非喷涂区域无胶体残留。用游标卡尺测得喷涂枪距为50 mm，喷涂姿态为垂直。从表3可知，机器人喷涂参数均符合要求。采用菲希尔MPO膜厚仪测得干膜厚度为2 615 μm，符合产品要求(500 ～ 3 000 μm)，因此可以排除此原因。

表3 机器人喷涂参数 Table 3 Robotic spraying parameters

1.2.3 烘烤炉温

若中涂烘烤炉温不满足材料固化要求，LASD材料内部水分不能充分挥发，表面就可能出现鼓包，最终导致附着力失效。测量喷涂LASD材料部位的钣金炉温(见图4)，发现都符合材料的固化要求(140 °C × 20 min)，因此排除此原因。

图4 中涂烤箱的炉温曲线 Figure 4 Temperature curves of the baking furnace for midcoat

1.2.4 压线时间

若喷涂LASD材料后压线时间过长而未进烤房，材料内部部分水分蒸发，其表面会出现结皮，进入烤房后其内部水分不能充分挥发，就会出现附着力失效问题。经调查，此问题车辆喷涂LASD材料后就随线进入中涂烤房，并未压线停留，故可排除此原因。可见现场施工工艺不是导致LASD材料附着力失效的原因，因此后续从调整材料配方着手进行验证。

1.3 对策的制定及实施

1.3.1 调整材料配方

要想内部水分更好地均匀挥发，主要方法是增大LASD材料的孔隙率，而对此有影响的原材料有填料及发泡剂。通过增大填料的粒径来提升孔隙率：将原先粒径小于60 μm的填料更换为粒径为80 ～ 100 μm的填料；同时将发泡剂的质量分数由0.15%增加到0.19%，从而增多水蒸汽逸出的通道。

1.3.2 性能验证

再次检测配方调整后的LASD材料的原胶施工性，其旋转黏度为89 Pa·s，固含量80.1%，湿膜密度1.59 g/cm3，干膜密度1.05 g/cm3，体积膨胀率25%。材料附着力及阻尼系数检测结果列于表4。可见不管是原胶性能还是固化后胶条的性能，均符合产品要求。

表4 配方调整后LASD胶的阻尼系数及附着力 Table 4 Damping coefficient and adhesion of the LASD prepared with the modified formulation

1.3.3 实车验证

将调整后的新批次LASD材料注入供胶管路，排出问题批次材料后进行试板验证，发现无问题后可确认管路系统内填充的是新批次材料。再进行实车喷涂验证(见图5)，确认LASD附着力失效问题得以解决。

图5 将调整配方后的LASD胶料喷涂到实车上 Figure 5 Application of the LASD prepared with the modified formulation on a car

2 结语

相比传统的沥青阻尼板，LASD材料因其低VOC(挥发性无机物)、减重和隔音降噪的优势在国内新建的乘用车主机厂中得到了广泛应用。国内BBA等高端合资主机厂也逐步在进行线体及设备改造，实现了LASD材料的量产。如何用好LASD，确保其质量不会影响到整车质量，需要大家从各个影响因素进行思考，有针对性地进行试验，并总结生产中的经验教训，从而更好地在行业内推广LASD的应用。