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[其他] 浅谈水性阻尼材料在汽车生产线中的应用

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发表于 2020-6-4 09:07:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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浅谈水性阻尼材料在汽车生产线中的应用

白扬 王佩佩 陈孚

(一汽轿车股份有限公司,长春,130012)

【中国汽车材料网】摘要:随着环保要求越来越严格,降噪、减震、轻量化、环保等方面优化越来越被重视。水性阻尼材料(LASD)具有不含有机溶剂、密度小以及可提高NVH等优点,因此对其进行研究与推广意义重大。阐述了水性阻尼材料优劣势,对产品阻尼性能与减重效果进行了试验验证,同时结合某生产线实际情况,介绍了旧线体引进水性阻尼材料的改造方案及对工艺设备的技术要求,并对应用中常见问题、预防措施及日常维护进行了介绍。
关键词:水性阻尼材料 环保 减重 降噪

1 前言
近年来汽车行业飞速发展,竞争日趋激烈,环保要求越来越严格,降噪、减震、轻量化、环保等方面优化越来越被重视。水性阻尼材料(LASD)因其不含有机溶剂、密度小以及可提高NVH等优点被越来越多主机厂应用。目前,水性阻尼材料在欧美国家已应用多年且产品技术成熟,国内也越来越多主机厂已应用或者开始关注本产品。

2 水性阻尼材料优劣势介绍
阻尼减振降噪技术是有效控制汽车行驶过程中产生振动和噪声的方法之一,在汽车上得到了广泛应用[1]。主要应用部位有发动机盖、防火墙、车门、顶盖、车底板、备胎箱、轮罩等。水性阻尼材料是一种以高分子树脂聚合物为基本成膜物,以水为分散介质,辅以填料和助剂等制备的水性高分子减振降噪阻尼材料,而传统热熔型阻尼材料以沥青为主要基材并辅以无机填料,制成的阻尼垫利用汽车涂装烘房烤漆工序使该材料熔融并粘贴在车身上[2]。
2.1 水性阻尼材料优势
2.1.1 车身轻量化
沥青垫片密度1.7 g/cm3左右,水性阻尼材料密度0.9~1.2 g/cm3,同时水性阻尼材料具有更高的阻尼性,在保证与沥青垫片同等质量的情况下,厚度可减少0.5~1 mm,最终可减少阻尼材料使用量的30%~40%,整车质量和汽车油耗得到降低。
2.1.2 环境友好性
水性阻尼材料以水为分散介质,VOC、甲醛含量非常少,改善了车内空气质量,提升了客户乘坐感受,在环保方面明显优于沥青垫片。
2.1.3 阻尼性优良
在同等厚度下,水性阻尼材料阻尼性能更优,且可调控,能够满足不同车型的需求。
2.1.4 施工柔性强
水性阻尼材料机器人进行喷涂,有效地规避了错装、漏装问题;供胶系统集中供胶,规避了公司多款车型共线生产存在的沥青垫片铺设区域空间不足及混乱问题,有效地改善了该区域5S;有新车型或者量产车型调整需求时,调整仿形及喷涂参数即可,避免了沥青垫片存在的切换流程复杂及成本高的问题等,具体对比见表1。
表1 水性阻尼材料与沥青垫片对比

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2.1.5 运行成本低
虽然水性阻尼材料成本比沥青垫片高,但其物流、存储、人工及后续处理等方面费用都有降低,综合应用成本降低,同时提高了生产节拍,水性阻尼材料与沥青垫片物流对比见图1。
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图1 水性阻尼材料与沥青垫片物流对比


2.2 水性阻尼材料的劣势
a.设备投资高,水性阻尼材料前期设备投资大,沥青垫片不需要设备投资。
b.材料成本高,水性阻尼材料还处于推广阶段,未完全国产化,成本高于沥青垫片。
c.旧线改造困难,旧线改造涉及到土建、设备等多方面,若现场无预留位置,改造量较大,改造困难。

3 材料性能研究
3.1 成膜机理
水性阻尼材料的组成为:乳液、填料、分散剂、表面活性剂、增稠剂及杀菌剂,其中乳液为主体,产品特性见表2,目前国内外的整车厂大部分采用的材料都是以水性丙烯酸乳液为主体的水性丙烯酸基LASD[3]。其成膜机理如图2所示。
表2 产品特性

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图2 成膜机理


3.2 性能验证
3.2.1 阻尼性能验证
材料的阻尼性能通常使用复合损耗因子表征,一般通过悬臂梁法测量。图3所示为某水性阻尼材料与本公司所使用沥青垫片的复合损耗因子数据对比曲线,从曲线结果可以看出,水性阻尼材料具有更好的阻尼性能。在一定范围内,随着水性阻尼材料厚度增加其阻尼性能更好。
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图3 材料阻尼曲线


3.2.2 减重效果验证
为验证水性阻尼材料的减重效果,取某型号水性阻尼材料在烘干箱进行烘干,使用密度天平测量其密度与本公司使用的沥青垫片密度,测试结果见表3,在整车上应用同等厚度,同等面积的水性阻尼材料代替沥青垫片,可减重30%左右。以公司某车型为例,该车型沥青垫片布置面积2.11 m2,厚度3 mm,单车使用质量11.3 kg,若使用水性阻尼材料,喷涂相同面积及厚度,单车使用质量7.55 kg,单车可实现减重3.75 kg。
表3 干膜密度数据

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4 水性阻尼材料施工改造及对工艺设备的技术要求
对于使用沥青垫片的旧线体,引入水性阻尼材料需要安装机器人和设计输送管路,涉及到生产线改造、工艺设备选择等多方面。
4.1 改造方案
改造方案设计包括改造位置选择、布局配置、改造安排等。改造位置选择以在满足工艺条件的基础上改造量最小为原则。布局配置根据生产车型喷涂面积、喷涂位置生产节拍进行布局。改造安排以不影响正常生产为原则。以某生产线为例进行说明。
4.1.1 改造位置选择
水性阻尼材料工艺需在PVC段进行,结合在满足工艺条件的基础上改造量最小原则,选择改造位置。本生产线某车型顶盖密封机器人位置闲置,该位置在PVC车内焊缝密封后,细密封前,可满足工艺要求,同时该位置改造内容少、难度小,满足在满足工艺条件的基础上改造量最小原则,改造位置如图4所示。
4.1.2 布局配置
布局配置根据生产车型喷涂面积、喷涂位置、生产节拍进行安排。本生产线车型车身后部尾箱内涂胶面积较大,故每条线放置一台垂直导轨机器人用于提高可达性和机器人利用率,同时根据本生产线节拍需求每条线布置3台喷涂机器人,一套供胶输送系统,见图5。
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图4 机器人改造位置


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图5 布局配置


4.1.3 改造安排
改造安排以不影响正常生产为原则,因此本生产线改造利用周末停产时间完成供胶系统、室体改造、原设备拆除等工作,利用夏季检修7天停产时间完成机器人改造。
4.2 工艺设备技术要求
水性阻尼材料应用系统构成示意见图6。
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图6 水性阻尼材料应用系统构成示意


4.2.1 机器人喷涂系统
a.机器人定位系统,机器人配备VMT视觉系统,对车身进行定位,通过摄像头拍照后将车身定位偏差发送给机器人,进行轨迹校正。
b.机器人喷枪,推荐使用flat-stream或multistream枪嘴,3D喷枪,3个枪嘴,3个角度喷涂,一遍喷涂即可达到膜厚要求。
4.2.2 温控系统
温控系统通过温度调节器对加热组件进行控制,调节管路中材料温度,满足工艺要求,同时不能频繁波动。
4.2.3 流量控制系统
流量控制系统采用控制体积型计量系统,定量填充,定量喷涂,利用车身行走时间填充。通过设定机器人每个喷涂点的条件(如吐出量等),控制喷涂量。
4.2.4 供胶输送系统
因水性阻尼材料粘度随温度变化明显,为规避温度变化对粘度的影响,因此输送管路要进行保温,以保证施工状态稳定。同时为保持乳液体系稳定,水性阻尼材料PH值通常保持在8~9之间,弱碱性,因此配套的输送管路、胶泵、胶桶等必须使用不锈钢材质。

5 应用中常见问题及预防措施
5.1 气泡
换胶过程中空气没有排净、材料生产中混入空气、运输中混入大量的空气,经过高温烘烤形成气泡;喷涂后未按时烘干,材料受潮、脱水形成气泡、开裂。所以要加强输送设备、生产安排、来料等方面管理。
5.2 流挂
流挂原因主要包括材料粘度过低或者喷涂过厚。所以要加强喷涂设备及来料管理。
5.3 搭接不良
搭接不良主要因为喷涂间距不合适出现的搭接不足或重叠严重,所以,枪嘴到钢板距离最好控制在20~50 mm。
5.4 分叉
分叉原因主要是喷嘴堵塞或者喷嘴损坏,喷嘴堵塞原因一般是换胶时有干胶掉入、原材料制造时过滤网损坏、包装时有杂质混入等,所以要定期对过滤器进行清洗,并对喷嘴和过滤器进行检查。
5.5 剥落、剥离
剥落、剥离主要因为来料质量不达标或喷涂后未及时烘干,所以要加强来料、生产安排等方面管理。

6 生产维护
6.1 正常生产间歇
a.停止生产程序,泄压、用刷子清洁枪嘴的外板并涂上凡士林保湿、枪嘴浸入水中。
b.开始生产程序,排胶(排掉约为喷枪中的材料)、检查有无堵枪,如发现堵枪,拆洗枪嘴外板。
6.2 周末停产
a.停止生产程序,泄压、清洗枪嘴和喷枪、喷枪喷嘴涂上凡士林、水桶更换清水、枪嘴浸入水桶中。
b.开始生产程序,排胶(排掉约5加仑材料)、检查有无堵枪,如发现堵枪,拆洗枪嘴外板。
6.3 长时间停产
a.停止生产程序,泄压、清洗枪嘴和喷枪、喷枪喷嘴涂上凡士林、水桶更换清水、枪嘴浸入水桶中、定期排胶。
b.开始生产程序,检查所有的球阀是否开启、排胶(排掉约5加仑材料)、检查有无堵枪,如发现堵枪,拆洗枪嘴外板。

7 结束语
水性阻尼材料因其优良的阻尼性、施工性以及环保性,日益得到业界的认可。在汽车行业,因其前期投资大,材料成本高、旧线改造困难等原因应用还不是很广泛,需要我们广大涂装设计、工艺人员共同努力使其得到推广。

参考文献:
[1]李洪林.沥青阻尼材料在汽车上的应用与发展[J].汽车技术,2003(12):34-37.
[2]黄磊,徐波,黄安民,等.汽车用热熔阻尼材料阻尼性能的研究[J].汽车工艺与材料,2011(12):42-42.

[3]廖梅东,林小慰,何凯欣,等.喷涂水性丙烯酸液态阻尼材料的研究与应用[J].现代涂装,2017(11):70-72.
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