一种低温高粘接性能补强胶片的研制

韩双福，张恒超，于海峰，宋旭东，胡江浦

（1. 保光（天津）汽车零部件有限公司，天津301700；2.石家庄学院 石家庄市高分子基复合材料技术创新中心，河北 石家庄050035）

前 言

为响应国家节能减排的号召，同时缓解成本压力，各大汽车企业纷纷将汽车车身轻量化作为重要手段。轻量化就是在保证车身强度和安全性能的前提下尽可能地降低自身的整备质量，从而提高动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。为实现这一目标，车企通常采用降低板材厚度、优化车身结构的方式[1～2]，但随之也产生一些问题，一是车身局部刚度下降，车门、侧围等部位容易行驶过程中产生振颤，引起共振及噪声，影响驾乘者主观感受；二是顾客购车时，用手指按压车身，易产生变形，给顾客造成品质较差，汽车廉价的感觉[3～5]。为了保障车身薄弱部位的刚度、抗冲击性，同时减少噪声和共振，提升车辆乘坐的舒适性，主机厂普遍采用往车身局部粘贴补强胶片的方式进行工艺改进。汽车补强胶片主要用于车门内板、引擎盖内侧、车顶、轮罩、侧围等外板补强，以提高钢板的弯曲强度、刚度、抗冲击性，增加钢板抗疲劳和阻尼效果[6]。

汽车用补强胶片由三部分组成，中间为主体粘接层，由环氧、橡胶、填料等组成，上层为玻璃丝布，起支撑及一定的补强作用，下层为隔离纸，方便运输操作。补强胶片可以根据客户实际粘贴面积及补强部位，裁切成不同的几何形状及尺寸。使用时揭去隔离纸，直接贴附于汽车需补强的钢板表面，经生产线高温烘烤发生固化，与钢板形成复合材料，对钢板进行补强[7]。

目前传统的补强胶片仍存在一些不足，补强胶片的软硬及粘接性能受季节影响很大，对温度很敏感，一般补强胶片冬夏季需要使用不同的配方。夏季胶料在高温下较软，若配方切换不及时，挤出的产品成摞包装，容易在库存放置以及运输过程中溢料，导致相邻胶片粘接在一起，隔离纸不易剥离，影响生产线操作。冬季若未及时切换冬季配方，胶料会变硬，胶片粘接性能变差，不容易与钢板完全贴实，可能导致烘烤后胶片翘角，甚至会产生掉片的问题。而且粘贴不好，烘烤后容易鼓包，影响外观。因此，开发出一款无需切换冬夏季配方的补强胶片具有十分重要的应用价值。我们在传统补强胶片基础上，通过研究橡胶种类、环氧种类及用量对胶片性能的影响，开发了一款新的焊装用补强胶片，无需切换冬夏季配方，可以满足不同温度的需求。

1 实验部分

1.1 原材料

环氧树脂134，南亚环氧树脂（昆山）有限公司；环氧树脂128，南亚环氧树脂（昆山）有限公司；丁腈橡胶，赛可德（衡水）橡塑有限公司；双氰胺H1600，宁夏大荣实业集团有限公司；炭黑，上海卡博特化工有限公司；丁苯橡胶，中国石油化工有限公司齐鲁分公司；促进剂PN-50，日本味之素精细化学株式会社；硫化剂，广东杜巴新材料科技有限公司；滑石粉，天津兴发滑石粉厂。

1.2 仪器与设备

送风定温恒温箱，型号DKM410C，重庆雅马拓科技有限公司；微机控制电子万能试验机，型号CMT4204，美斯特工业系统（中国）有限公司；针入度仪，型号TRA1307，中检远航（北京）科技有限公司；橡胶（塑胶）加压式捏炼机，型号X(S)N，大连华韩橡塑机械有限公司。

1.3 补强胶片的制备

将丁腈橡胶、丁苯橡胶、环氧树脂128 及少量滑石粉按照一定比例加入密炼机进行密炼，搅拌均匀得到母胶；再取适量母胶加入捏合机，随后按比例加入环氧128、环氧134、炭黑、硫化剂、固化剂等，搅拌均匀后，转移至挤出机中进行挤出，两面分别覆上玻璃丝布和隔离纸，经过滚压，贴合密实，控制胶片厚度在1.5mm 左右，最后对其进行不同形状的裁切。

1.4 性能测试

补强倍率、低温粘接力：按照QC/T851-2011 规定进行测试；

针入度：按照GB/T 4509-2010 标准进行测试，试样放置温度20℃。

胶片溢胶模拟：将不同配方胶料挤出成片后分别裁切成尺寸为100mm×50mm 的胶片30 片，摞在一起放置在35℃恒温箱中72h，观察底层溢胶情况。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂用量对胶片性能的影响

表1 为环氧树脂134 不同用量对胶片性能的影响。可以看出随着134 用量由20 份增加到35份，胶片低温粘接力不断提高，但继续增加134，低温粘接力有所下降。常温下环氧树脂在补强胶片体系中起到增粘剂的作用，因此增加环氧树脂用量，可以提高低温粘接力[8]。但随着环氧树脂的不断增加，胶料越来越软，粘接力测试破坏状态由胶片与钢板的界面破坏变为胶片的内聚破坏，所以超出35份低温粘接力反而下降。针入度可以表征胶料的软硬，可以看到，随着环氧树脂加入量的增加，针入度不断增大，说明胶料越来越软，而胶片越软越容易溢料。因此，虽然当环氧树脂用量为35 份时，粘接力最大，但是由于胶片过软，胶片溢料模拟时，底层三层发生溢料，隔离纸剥离困难。综合考虑，环氧树脂用量为30 份时，低温粘接力满足标准要求且无溢胶，为比较适宜的环氧树脂用量。

表1 环氧树脂用量对补强胶片性能的影响Table 1 The effect of different dosages of epoxy resin on the properties of the reinforce sheet

2.2 环氧树脂种类对胶片性能的影响

我们研究了环氧树脂128 与环氧树脂134 在不同配比下对补强胶片性能的影响。从表2 可以看出，在环氧树脂占比30%的前提下，随着128 用量的增加，补强倍率一直提高，这是因为本实验使用的128 环氧当量为187，134 环氧当量为260，等质量条件下128 含有的环氧基团更多，烘烤后的交联程度更高，所以胶片的强度更大。同时，随着128 用量的不断增加，胶片的低温粘接力也进一步提高，说明128 对钢板的浸润性更优异。但是，针入度数据显示随128 占比的提高，补强胶片变得更软。从溢胶情况来看，128 含量的提高也会导致溢胶。综上考虑，当134 与128 比例为2∶1 时，仅最底层溢胶，且低温粘接力、补强倍率都满足标准要求，是比较适宜的配方比例。

表2 不同环氧树脂种类对补强胶片性能的影响Table 2 The effect of different types of epoxy resin on the properties of the reinforce sheet

2.3 橡胶种类对胶片性能的影响

表3 不同橡胶种类对补强胶片性能的影响Table 3 The effect of different types of rubber on the properties of the reinforce sheet

橡胶也是补强胶片中重要的组成部分，由于橡胶具有高弹性，使胶料更容易挤出成片。补强胶片中常使用的橡胶为丁腈橡胶和丁苯橡胶，表3 列出了丁腈与丁苯橡胶不同比例对补强胶片性能的影响。从表3 可以看出丁苯橡胶提高了胶片的低温粘接力，这是因为丁苯橡胶属于非极性橡胶，对钢板表面的拉延油浸润性更好一些，能缩短胶片粘接钢板的时间。但是补强倍率随丁苯橡胶用量的增加呈先增后减的趋势，这是由于丁苯橡胶与环氧树脂的相容性较差，当加入部分丁苯橡胶时，共混物处于半互容状态，形成分相而不分离的区域结构[9，10]，能发挥二者各自的优势，使补强倍率增加；而全部使用丁苯橡胶，烘烤后橡胶与环氧形成完全分离的结构，反而使强度降低。同时，因为丁苯橡胶门尼黏度比丁腈橡胶稍高，因此增加丁苯橡胶可以降低胶料针入度，减少胶料溢料风险。综上，当丁腈橡胶与丁苯橡胶用量为1∶1 时，胶片的补强倍率最高，同时可以使补强胶片获得优异的低温粘结力而不产生溢料。

3 结 语

补强胶片中环氧树脂种类、用量，以及橡胶的种类，对补强胶片性能的影响很大，本文通过研究环氧树脂的用量发现，环氧树脂含量30%时可以在实现较好的低温粘接力的同时，使胶片30℃成摞放置不溢胶；通过研究环氧树脂128 与134 的掺混比例对补强胶片的影响，发现当134 与128 比例为2∶1 时，胶片补强倍率和低温粘接力达到标准，并且有效减少溢胶现象；通过加入丁苯橡胶，降低了胶料的针入度，使溢胶情况进一步得到改善。最终确定在环氧树脂134 与128 比例为2∶1，整体占比30%，同时丁苯与丁腈橡胶1∶1 时可以得到一种既满足低温粘接性能要求又能在高温不溢胶的补强胶片。