汽車車底輕量化抗石擊涂料的性能

來源： 瑞朗達膠業 日期：2024-01-30 08:06:14 點擊： 屬于：膠粘劑百科

抗石擊涂料是以聚氯乙烯樹脂為基體材料，與增塑劑、促進劑、穩定劑、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95%以上粘稠膏狀膠品。PVC 抗石擊涂料由德國大眾在20 世紀80 年代引進中國市場，以其優異的力學性能、良好的施工性能和工藝匹配性、低成本等優勢迅速占據國內市場

PVC 抗石擊涂料是以聚氯乙烯樹脂為基體材料，與增塑劑、促進劑、穩定劑、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95%以上粘稠膏狀膠品。PVC 抗石擊涂料由德國大眾在20 世紀80 年代引進中國市場，以其優異的力學性能、良好的施工性能和工藝匹配性、低成本等優勢迅速占據國內市場。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10 kg 左右。在汽車生產線上，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一定時間熔融塑化成型。

近年來，隨著汽車工業的發展，整車廠對汽車輕量化和駕乘舒適性提出了更高要求。在保證性能的前提下，減少用量，降低車底沖擊噪聲就成了抗石擊涂料研究的重要課題。目前，PVC 抗石擊涂料主要有普通型、低密度型和發泡型，其中低密度型和發泡型是基于汽車系統輕量化和功能化需求在普通型基礎上改性而成。通過研究3 種類型抗石擊涂料的性能差異，為車型開發抗石擊涂料選擇提供參考。

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，在保證涂料性能的同時實現輕量化。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用于外資和合資品牌車型，國內主機廠也逐漸引入應用。

發泡型抗石擊涂料是在普通型抗石擊涂料中添加塑料發泡劑，發泡劑受熱后產生氣體，使烘烤固化后的涂料體積膨脹，變成疏松多孔狀的蜂窩結構。發泡劑根據產生氣體的機理分為化學發泡劑和物理發泡劑劑2 大類[2]。發泡型抗石擊涂料中的發泡劑一般為物理發泡劑，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，發泡型因固化后體積膨脹，可以設計較薄的濕態噴涂膜厚，從而降低單臺車涂料用量，達到輕量化目的。同時，發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]。但由于發泡型涂層疏松的空腔結構削弱了抗石擊涂料的強度，導致抗石擊性能衰減。目前，常用的發泡型抗石擊涂料的膨脹率為150%～200%，主要應用于日系車型。

抗石擊涂料主要性能介紹

抗石擊涂料應用于汽車底部，既需要基礎性能指標都滿足整車廠的標準要求，又需要匹配現場施工工藝。選取某廠具有代表性的普通型（密度1.45 g/mL）、發泡型（發泡倍率150%）和低密度型（密度1.0 g/mL）。

抗石擊涂料的旋轉粘度

粘度是抗石擊涂料的1 個重要施工參數，客觀反應了涂料的流變性能。因此，抗石擊涂料需要根據現場施工調整到適宜的粘度以滿足噴涂的連續性和一定的噴幅面積，避免出現流掛、不暢、溢出等失效現象。采用旋轉粘度計法，將普通型、低密度型和發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粘度計法》進行試驗。

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。發泡型涂料中的發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狀結構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，發泡型粘度控制在75～120 Pa·s較為合適。

抗石擊涂料力學性能

將3種類型抗石擊涂料分別涂敷在電泳試驗板上，經標準條件烘烤后在試驗環境下放置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力應變性能的測定》[7]進行，制備啞鈴狀試樣，標距為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，主要是因為發泡劑加熱使基體材料膨脹，豐富的疏松空腔結構削弱了抗石擊涂料的強度。因此，低密度型和發泡型抗石擊涂料在實現輕量化效果的同時，需要控制玻璃微珠和發泡劑的添加量，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，經標準條件烘烤后放置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，放置在循環腐蝕試驗箱中，經240 h 中性鹽霧試驗后觀察樣品出現的銹斑點數量。抗石擊涂料涂敷的ED板在抗石擊試驗后均未出現起泡，試板表面銹點數量為0，滿足技術要求。抗石擊性能優異的底涂膠能有效防護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。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作用，因此涂料與電泳鈑金良好的附著力是抗石擊防護的首要保障。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，經標準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 板進行剝離時，涂料本體發生斷裂，而殘余的涂料附著在ED 上，判斷這3 種抗石擊涂料在進行附著力試驗時均發生了內聚型破壞。良好的附著力保證了涂料與鈑金的粘附能力，避免在復雜環境作用下發生剝離，造成防護失效。

抗石擊涂料隔音性能

車底抗石擊涂料利用高分子之間的交聯作用，可提升其隔音降噪的能力。汽車底板受砂石沖擊發出的噪聲經過具有彈性的抗石擊涂料時，聲波在分子鏈內部產生摩擦和粘滯阻力，轉化為熱能被吸收，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，按標準條件烘烤硬化。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間為4～10 kHz，試驗選用代表性頻率8 kHz 時的隔音量進行比較。抗石擊涂料干膜厚度小于500 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，低密度型和發泡型的隔音量明顯優于普通型。其中，發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，發泡型膜厚1 235 μm 可實現同樣的隔音效果，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構，由于需要兼顧涂料的力學性能，玻璃微珠添加比例控制在一定范圍內。發泡型涂層呈現較大的疏松多孔結構，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，一部分聲波經過涂層的空腔結構時產生摩擦粘滯阻力，聲波轉化為熱能被吸收[10]。發泡型涂料豐富的多孔阻抗，使聲波轉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，無需對涂膠及關聯設備進行調整。抗石擊涂料在使用前通常需要攪拌30 min 左右至混合均勻，然后采用高壓泵進行霧化噴涂，噴涂壓力達18～30 MPa。涂料在涂裝車間經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，使涂膜各性能達到最佳狀態。
低密度型抗石擊涂料在生產和施工工藝中會涉及到中空玻璃微珠破碎環節，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%。發泡型抗石擊涂料中的發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構。根據發泡倍率的不同，涂料干膜厚度會有不同程度的增加。因此，發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聯零件布置和安裝的影響。

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