智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 135|回复: 0
收起左侧

[分享] 丙烯酸泡棉胶带在汽车内饰的应用

[复制链接]
发表于 2020-4-30 09:10:07 | 显示全部楼层 |阅读模式

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
丙烯酸泡棉胶带在汽车内饰的应用

杜秋亮
(3M中国有限公司,上海 200233)
【中国汽车材料网】摘 要:在汽车内饰中,零部件的连接通常采用焊接,机械紧固,卡接和胶带粘结等四种常见的方式。文章简单介绍了几种连接方式的优缺点,从力学性能及对驾驶舱环境的影响(挥发性有机化合物和气味)两方面分析了丙烯酸泡棉胶带粘结替代其余三种连接方式的可行性,并简单介绍了丙烯酸泡棉胶带相比其他胶带的优点及其在汽车上的运用。
关键词:汽车;内饰;胶带粘结;丙烯酸泡棉胶带

[size=1em]众所周知,汽车系统分为动力系统,底盘系统,车身系统,汽车内饰和电气系统。作为一个复杂的系统,汽车是由单个子零部件,子系统部件,系统部件等通过不同的连接方式组合在一起。常见的连接方式包括焊接,机械紧固,卡接和胶带粘结。汽车内饰(主要包括座椅,地毯,顶棚,仪表板,中控及门板等几大部分)作为汽车五大系统之一,其零部件的连接方式也无外乎上述四种。相比其他三种连接方式,丙烯酸泡棉胶带粘结操作较为简单,而且不损伤被粘零部件表面,不失为一种好的连接方式。
1 常见的汽车内饰零部件连接方式

[size=1em]在内饰运用中,焊接通常用于塑料零部件之间的固定连接,包括超声波焊接、热板焊接、激光焊接、热风焊接、振动摩擦焊接、红外线焊接等,主要应用于内门板、仪表板风管和仪表板本体、除霜风道和风道加强件、手套箱内外板等之间的固定连接。上述焊接方式的实质就是使零部件连接部位通过摩擦或加热的方式先熔融,经加压并冷却后,使得零部件连接在一起。

[size=1em]机械紧固在装配时运用的较为广泛,只需在零部件上设计有相应的连接结构即可,几乎不受材料类型的限制,而且连接速度较快。机械紧固通常分为两类:(1)机制螺钉、螺母和垫片(视需求而定)固定:就是将螺钉穿入零部件的安装孔然后使用螺母和垫片将螺钉紧固以达到连接紧固零部件的目的,这是汽车零部件组装运用最多的连接方式之一;(2)自攻丝螺钉固定:利用螺钉本身带有的啮合螺纹通过旋转进入对手件内,从而起到连接紧固的目的。

[size=1em]卡接通常用于某些需要反复拆装的零部件,在汽车内饰中使用较多的是卡子和相关安装结构相结合的方式,零部件安装时需要将卡子事先安装在零部件上[1]。此种连接方式除了需要卡子外,还需在其中一个零部件上设计卡子安装结构。汽车仪表板中的端盖板,喇叭罩盖等较多运用此种方式。

[size=1em]丙烯酸泡棉胶带粘结顾名思义就是利用丙烯酸泡棉胶带将被粘零部件连接在一起,和被粘零部件形成三明治结构。丙烯酸泡棉胶带结构如下图1,其中丙烯酸泡棉内核和两侧的丙烯酸胶成分一致,根据相似相溶原理,相比其他普通类型的胶带(聚酯或聚氨酯泡棉胶带),丙烯酸泡棉胶带具有优异的应力分散性能。在使用工况下,胶带两侧零部件收缩率不一致或受力不一致,导致两者存在着剪切效应,普通类型胶带的丙烯酸胶和零部件及内核(图2黄色部分)边界均存在较大的应力,聚酯或聚氨酯泡棉内核不能很好地分散应力,因此胶带易于和被粘零部件分开而出现脱胶现象;在丙烯酸泡棉胶带中,两侧的胶和丙烯酸泡棉内核可以看成一个整体,应力可以分散在整个胶带中,大大降低了脱胶的风险。丙烯酸泡棉胶带广泛地运用于汽车内外饰,比如轮眉、门下护板、扰流板、字标牌、天窗密封条、车门密封条、顶棚和天窗蘑菇搭扣等等。

aa3d176f56f46ae02bad39f782176613.jpg
[size=0.8em]图1 丙烯酸泡棉胶带结构

c14b9ea2e93b954cc6f3213be52fc7e5.jpg
[size=0.8em]图2 胶带应力分散示意图

[size=1em]针对焊接式的连接方式,由于不需要重复拆装,可以采用如图3的方式进行连接固定,直接使用丙烯酸泡棉胶带将被粘零部件粘结在一起。这通常可以取代一些常用的焊接工艺,如上文提到的除霜风道和风道加强件、手套箱内外板等之间的焊接。通常情况下塑料零件焊接强度要求大约为200N,而常温下丙烯酸泡棉胶带的正向拉拔强度约为60-90N/cm2(泡棉撕裂),所以只需约4cm2大小的丙烯酸泡棉胶带即可满足其力学性能要求,这在设计胶带粘结面时非常容易实现。

9af54e5b2c09a06db6c4f65572e9b0c4.jpg
[size=0.8em]图3 胶带连接方式

30e45feec90d65340e6472df176b8b7c.jpg
[size=0.8em]图4 蘑菇搭扣连接方式

[size=1em]针对卡接式的连接方式,由于涉及到重复拆装,可以采用如图4的方式进行固定-蘑菇搭扣。该产品具有三大优点:(1)改善质量:无咔嗒咔嗒异响和震动;隐蔽安装,从而获得更好的外观;(2)设计灵活:灵活的安装部位,节省空间;(3)操作性强:容易定位,凭借搭扣固定时的咔嗒响就能隐蔽嵌套,可多次的拔插修补容易(如下图5)。

e1cd3f87d705ce7690f7ad02256d3212.jpg
[size=0.8em]图5 蘑菇搭扣拉伸强度保持率和拆装次数关系

c963f2e6c2109da598601e9e084bbe44.jpg
[size=0.8em]图6 蘑菇搭扣常见运用

[size=1em]常温下蘑菇搭扣的正向拉拔强度约为5.6-7.2N/cm2(蘑菇搭扣之间脱落),在满足连接功能的同时又方便拆装。因此在内饰系统中,蘑菇搭扣常用于安全带盖板,电控箱盖板,车顶控制器盖板,ECU,副仪表板空调盖板,油泵控制器,顶棚,车尾灯亮条,挡风玻璃和天窗等的固定,在满足可拆卸的情况下还能有效防止异响(如图6)。

2 胶带粘结优势分析

[size=1em]相比焊接,机械紧固和卡接,胶带粘结具有如下优势:

2.1 焊接

[size=1em]如上文提到,焊接需要将焊接部位熔融,但是塑料零部件在受热后至冷却过程中容易产生收缩变形,甚至来料时塑料零部件本身存在着变形,在放入焊接工装时不能很好地贴合,容易产生虚焊甚至脱焊的情况,这是焊接方式在加工过程中比较容易出现的问题;另一个需要考虑的问题就是零部件的生产过程,对于进行焊接的零部件,通常需要在其中一个零部件上设计焊接筋条,那么在注塑模具上通常就会产生相对应的尖钢结构,这就对注塑模具的设计和保养有了更高的要求。而采用胶带粘结时只需在零部件上设计胶带贴覆的平面即可,模具的设计和保养相对就简单许多,而且能规避焊接过程引起的零部件变形问题,甚至能分散零部件来料时变形带来的应力。

2.2 机械紧固

[size=1em]螺钉螺母和自攻丝螺钉固定方式,容易在紧固的位置产生较为集中的应力,而且连接零部件之间不能形成密封接头。在有些外观要求较为严格的部件中,如果这两种连接方式紧固扭力不够时容易产生异响,紧固扭力过大时塑料零部件容易变形甚者开裂,造成间隙、段差不均匀甚至功能失效。在某些不需重复拆装的情况下,使用胶带粘结不仅能满足其力学性能的要求,而且可以避免零部件在装配过程中产生的变形或开裂,能够很好地满足零部件的间隙及段差等外观要求。

2.3 卡接

[size=1em]针对含有卡子的固定,在重复拆装时卡子容易变形甚至断裂,极易造成功能失效和异响问题,如果断裂的卡子不慎落入仪表板等复杂零部件内部,有时还需要将仪表板拆下后才能找到断裂的卡子,费时费力,而且在重复拆装过程中还容易引起新的问题。对于卡子和安装卡子零部件的制造过程,需要考虑其模具设计和保养[2],增加了成本。此种情况下使用蘑菇搭扣的优势非常明显,只需在零部件上设计贴覆蘑菇搭扣的平面即可,无需额外增加卡子,也无需在零部件上设计卡接部位;而且拆装次数在5次以内时,蘑菇搭扣的拉伸强度几乎不变。

[size=1em]但是随着大家环保意识的增强,消费者对汽车驾驶舱的挥发性有机化合物(VOCs)的要求也越来越高,他们担心胶带的使用对驾驶舱的气味和VOC性能产生影响。VOC指在常压下,熔点低于室温,沸点在50~260℃的各种有机化合物,按其化学结构,可以进一步分为:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他等。胶带粘结零部件后,和两面被粘的零部件形成了三明治结构,其中有机化合物的挥发基本上靠其余四个非常小的侧表面。另外在胶带的设计过程中,可以通过更改胶水配方(溶剂型、乳液型或热熔胶)来降低VOC,也可以优化胶带的生产工艺(优化胶水涂布和烘干等过程的参数)来降低VOC。因此胶带的使用对零部件或整车VOC贡献非常小。

[size=1em]评估驾驶舱环境的另一个特性就是气味。胶带和被粘零部件形成的是三明治结构,目前大部分主流的整车厂测量此类零部件的气味时都采用此结构,所以胶带对气味性能影响也是非常小。众所周知沥青类阻尼片在汽车上大量使用,以普通的三厢轿车为例,它在车里面的沥青阻尼片,如果以两毫米厚的话大概使用3个平方。这些阻尼片通常直接贴在车身钢板壁上起到减少噪声、减少震动,也就是说起到阻尼作用[3]。相比沥青的挥发面积及挥发成分,丙烯酸泡棉胶带对车内环境影响其实微乎其微。



您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则