汽車車底輕量化抗石擊涂料的性能
2025-03-21 11:38:21
抗石擊涂料是以聚氯乙烯樹脂為基體材料,，與增塑劑,、促進(jìn)劑、穩(wěn)定劑,、填料等共混熟化而成的無溶劑型涂料,，是一種固體份含量高達(dá)95%以上粘稠膏狀膠品,。PVC 抗石擊涂料由德國大眾在20 世紀(jì)80 年代引進(jìn)中國市場，以其優(yōu)異的力學(xué)性能,、良好的施工性能和工藝匹配性,、低成本等優(yōu)勢迅速占據(jù)國內(nèi)市場
PVC 抗石擊涂料是以聚氯乙烯樹脂為基體材料，與增塑劑,、促進(jìn)劑,、穩(wěn)定劑、填料等共混熟化而成的無溶劑型涂料,，是一種固體份含量高達(dá)95%以上粘稠膏狀膠品,。PVC 抗石擊涂料由德國大眾在20 世紀(jì)80 年代引進(jìn)中國市場，以其優(yōu)異的力學(xué)性能,、良好的施工性能和工藝匹配性,、低成本等優(yōu)勢迅速占據(jù)國內(nèi)市場。PVC 抗石擊涂料是汽車涂裝膠品中用量較大的一種,，單車用量可達(dá)10 kg 左右,。在汽車生產(chǎn)線上，PVC 抗石擊涂料通過高壓泵噴涂于車底電泳漆層表面,，在特定的烘烤溫度下經(jīng)一定時間熔融塑化成型,。
抗石擊涂料簡介
低密度型抗石擊涂料是在普通PVC 抗石擊涂料中添加一定比例的中空薄壁,、粒徑均勻、抗壓性能高的球形玻璃微珠,，共混熟化而成,。中空玻璃微珠在噴涂和外力沖擊時易破碎，導(dǎo)致膠體密度增加,，涂膜耐沖擊性下降,，因此中空玻璃微珠的填充量需要控制在合適的范圍內(nèi)，在保證涂料性能的同時實現(xiàn)輕量化,。低密度型抗石擊涂料的干膜密度目前可做到1.0 g/mL 以下,，與普通型（密度1.4～1.5 g/mL）相比，降重30%以上,。低密度型抗石擊涂料目前主要成熟應(yīng)用于外資和合資品牌車型,，國內(nèi)主機廠也逐漸引入應(yīng)用。
發(fā)泡型抗石擊涂料是在普通型抗石擊涂料中添加塑料發(fā)泡劑,，發(fā)泡劑受熱后產(chǎn)生氣體,，使烘烤固化后的涂料體積膨脹，變成疏松多孔狀的蜂窩結(jié)構(gòu),。發(fā)泡劑根據(jù)產(chǎn)生氣體的機理分為化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑劑2 大類[2],。發(fā)泡型抗石擊涂料中的發(fā)泡劑一般為物理發(fā)泡劑，在受熱后氣體膨脹,，使基材形成彈性良好的密閉球體,。與普通型抗石擊涂料相比，發(fā)泡型因固化后體積膨脹,，可以設(shè)計較薄的濕態(tài)噴涂膜厚,，從而降低單臺車涂料用量，達(dá)到輕量化目的,。同時,，發(fā)泡型涂料壓縮回彈性好，受到局部沖擊時緩沖吸能效果好[3],。但由于發(fā)泡型涂層疏松的空腔結(jié)構(gòu)削弱了抗石擊涂料的強度,，導(dǎo)致抗石擊性能衰減。目前,，常用的發(fā)泡型抗石擊涂料的膨脹率為150%～200%,，主要應(yīng)用于日系車型。
抗石擊涂料主要性能介紹
抗石擊涂料應(yīng)用于汽車底部，既需要基礎(chǔ)性能指標(biāo)都滿足整車廠的標(biāo)準(zhǔn)要求,，又需要匹配現(xiàn)場施工工藝,。選取某廠具有代表性的普通型（密度1.45 g/mL）、發(fā)泡型（發(fā)泡倍率150%）和低密度型（密度1.0 g/mL）,。
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粘度是抗石擊涂料的1 個重要施工參數(shù),，客觀反應(yīng)了涂料的流變性能。因此,，抗石擊涂料需要根據(jù)現(xiàn)場施工調(diào)整到適宜的粘度以滿足噴涂的連續(xù)性和一定的噴幅面積,，避免出現(xiàn)流掛,、不暢,、溢出等失效現(xiàn)象。采用旋轉(zhuǎn)粘度計法,，將普通型,、低密度型和發(fā)泡型抗石擊涂料分別按照GB/T 2794—2013《膠粘劑粘度的測定 單圓筒旋轉(zhuǎn)粘度計法》進(jìn)行試驗。
低密度型抗石擊涂料中的玻璃微珠阻礙了PVC 基材的內(nèi)部流動,，可提高涂料的粘度,，改善抗流掛性能。但玻璃微珠的添加比例過高會導(dǎo)致顆粒之間堆積緊密,，在高剪切力下難以分散,，顆粒間相互摩擦，粘度增大,。因此,，玻璃微珠的添加雖能提高涂料的抗流掛性，但不利于噴涂,。發(fā)泡型涂料中的發(fā)泡劑具有較高的觸變比,，在高剪切作用下使涂料變稀有利于施工噴涂，在噴涂后形成不易破壞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使體系擁有較高的粘度,。普通型粘度控制在100～140 Pa·s,，低密度型粘度控制在140～180 Pa·s，發(fā)泡型粘度控制在75～120 Pa·s較為合適,。
抗石擊涂料力學(xué)性能
將3種類型抗石擊涂料分別涂敷在電泳試驗板上,，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)條件烘烤后在試驗環(huán)境下放置24 h。剪切強度試驗按照GB/T 7124—2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定(剛性材料對剛性材料)》進(jìn)行,，夾持處至搭接端距離為40 mm,，拉伸速度為50 mm/min；拉伸強度和斷裂伸長率試驗按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》[7]進(jìn)行,，制備啞鈴狀試樣,，標(biāo)距為25 mm，拉伸速度200 mm/min,。1.0 g/mL 低密度型抗石擊涂料的剪切強度,、拉伸強度和斷裂伸長率都優(yōu)于普通型,，主要是由于適量比例玻璃微珠均勻分散在PVC 基體中，與PVC 形成較好的黏結(jié)界面,，阻礙分子鏈的相對運動,，提高了材料的拉伸和剪切性能。發(fā)泡型抗石擊涂料的剪切強度,、拉伸強度和斷裂伸長率都比普通型差,，主要是因為發(fā)泡劑加熱使基體材料膨脹，豐富的疏松空腔結(jié)構(gòu)削弱了抗石擊涂料的強度,。因此,，低密度型和發(fā)泡型抗石擊涂料在實現(xiàn)輕量化效果的同時，需要控制玻璃微珠和發(fā)泡劑的添加量,，平衡各方面性能要求,。
抗石擊涂料抗石擊性
抗石擊涂料分別均勻涂敷在190 mm×100 mm×0.8 mm 的電泳試驗板（ED 板）上，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)條件烘烤后放置24 h 用于試驗,。然后,，在耐碎石沖擊試驗機上，用直徑4～5 mm 的鋼丸,，以0.5 MPa沖擊壓力,，54°的沖擊角度，沖擊試片10 次,，沖擊時長20 min,。最后除去試樣表面破損未脫落的碎片，放置在循環(huán)腐蝕試驗箱中,，經(jīng)240 h 中性鹽霧試驗后觀察樣品出現(xiàn)的銹斑點數(shù)量,。抗石擊涂料涂敷的ED板在抗石擊試驗后均未出現(xiàn)起泡,，試板表面銹點數(shù)量為0,，滿足技術(shù)要求?？故瘬粜阅軆?yōu)異的底涂膠能有效防護(hù)車底鈑金電泳層不被破壞,，提高防腐性能。
抗石擊涂料附著力
附著力是檢驗抗石擊涂料與電泳層匹配性能的重要參數(shù),。PVC 硬化層一旦與車身鈑金剝離,，就失去了對砂石沖擊的防護(hù)作用，因此涂料與電泳鈑金良好的附著力是抗石擊防護(hù)的首要保障,。將3 種類型抗石擊涂料分別按長80 mm,，寬40 mm，厚度1～4 mm 的破形狀涂敷ED 板上，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)條件烘烤后在試驗條件下放置24 h,。然后用刀切透膠層,，間隔5 mm 割成2 條平行線，并從厚的一端剝離切塊,，評估涂料的附著力,。圖2 附著力試驗顯示，PVC 涂層與ED 板進(jìn)行剝離時,，涂料本體發(fā)生斷裂,，而殘余的涂料附著在ED 上，判斷這3 種抗石擊涂料在進(jìn)行附著力試驗時均發(fā)生了內(nèi)聚型破壞,。良好的附著力保證了涂料與鈑金的粘附能力，避免在復(fù)雜環(huán)境作用下發(fā)生剝離,，造成防護(hù)失效,。
車底抗石擊涂料利用高分子之間的交聯(lián)作用,，可提升其隔音降噪的能力,。汽車底板受砂石沖擊發(fā)出的噪聲經(jīng)過具有彈性的抗石擊涂料時，聲波在分子鏈內(nèi)部產(chǎn)生摩擦和粘滯阻力,，轉(zhuǎn)化為熱能被吸收,，降低汽車在行駛過程中的噪音對駕乘者的影響[8-9]。采用鋼球落下隔音性能測試方法,，如圖3 所示,。在尺寸為150 mm×150 mm×0.8 mm 的ED 板上，分別噴涂100 mm×100 mm,，干膜厚度250～1 800 μm 的抗石擊涂料,，按標(biāo)準(zhǔn)條件烘烤硬化。鋼球從2 000 mm 的高度落下,，測試ED 板因鋼球沖擊發(fā)出的聲壓分貝,。未做抗石擊涂料涂敷的ED 板聲壓記作P0，涂敷3 種抗石擊涂料（UBC-ED板）后的沖擊音聲壓分貝記為Py,，隔音量為P0～Py,。人類刺耳的頻率一般區(qū)間為4～10 kHz，試驗選用代表性頻率8 kHz 時的隔音量進(jìn)行比較,?？故瘬敉苛细赡ず穸刃∮?00 μm時3 種類型涂料隔音性能無明顯差異，但隨著涂層膜厚的增加,，低密度型和發(fā)泡型的隔音量明顯優(yōu)于普通型,。其中，發(fā)泡型抗石擊涂料隨膜厚增加的隔音效果更加突出。普通型涂層厚度1 800 μm的隔音量為15 dB,，而低密度型膜厚1 500 μm,，發(fā)泡型膜厚1 235 μm 可實現(xiàn)同樣的隔音效果，膜厚較普通型分別降低16.7%和31.5%,。
普通型抗石擊涂料主要由PVC 基材,、碳酸鈣填料及其他助劑共混而成，涂層截面密實,。低密度型涂層截面可見玻璃微珠填充形成的閉孔中空結(jié)構(gòu),，由于需要兼顧涂料的力學(xué)性能，玻璃微珠添加比例控制在一定范圍內(nèi),。發(fā)泡型涂層呈現(xiàn)較大的疏松多孔結(jié)構(gòu),，擁有豐富的蜂窩狀空氣層。噪聲在傳播過程中遇到抗石擊涂料硬化層時,，一部分聲波在涂層表面反射,，一部分聲波經(jīng)過涂層的空腔結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生摩擦粘滯阻力，聲波轉(zhuǎn)化為熱能被吸收[10],。發(fā)泡型涂料豐富的多孔阻抗,，使聲波轉(zhuǎn)變成熱能較低密度型和普通型更多，因此隔音效果更顯著,。
抗石擊涂料整車涂敷性能
低密度型和發(fā)泡型抗石擊涂料在包裝,、存儲、噴涂方面與普通型沒有差異,，無需對涂膠及關(guān)聯(lián)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整,。抗石擊涂料在使用前通常需要攪拌30 min 左右至混合均勻,，然后采用高壓泵進(jìn)行霧化噴涂,，噴涂壓力達(dá)18～30 MPa。涂料在涂裝車間經(jīng)中涂烘烤房和面漆烘烤房加熱固化,，屬于物理變化,。通常PVC 抗石擊涂料需要140 ℃以上溫度烘烤，歷時20 min 以上才能充分塑化,，使涂膜各性能達(dá)到最佳狀態(tài),。
低密度型抗石擊涂料在生產(chǎn)和施工工藝中會涉及到中空玻璃微珠破碎環(huán)節(jié)，例如攪拌過程中的高速剪切和施工過程中管道,、噴嘴壓力可高達(dá)30 MPa,，如果中空玻璃微珠破碎，涂料密度會大幅度上升,，失去減重作用,。因此,，低密度型涂料性能驗證需增加密度穩(wěn)定性試驗以確保中空玻璃微珠的抗壓能力，使涂料在施工前后密度變化率≤3%,。發(fā)泡型抗石擊涂料中的發(fā)泡劑在高溫烘烤作用下膨脹,，使PVC 塑料基材形成疏松的蜂窩狀空腔結(jié)構(gòu)。根據(jù)發(fā)泡倍率的不同,，涂料干膜厚度會有不同程度的增加,。因此，發(fā)泡型抗石擊涂料的噴涂厚度除了要考慮涂層強度,、抗石擊性能外,，還需要注意烘烤后對下一道工序關(guān)聯(lián)零件布置和安裝的影響。
