一种新型车身用密封胶的应用研究

作者：杨汐，李大公，代玉堂
单位：上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心

前言

密封胶在汽车生产制造过程中被大量应用，其使用策略及性能直接关系着整车的防腐、密封、装饰效果及NVH性能。传统的汽车用密封胶产品包括点焊密封胶和焊缝密封胶两类。目前较常用的点焊密封胶以丁基橡胶/顺丁橡胶为主体，于焊装车间施胶，在焊接之前涂布于钣金焊接的搭接部位，点焊后填实缝隙；焊缝密封胶多以聚氯乙烯(PVC)树脂为主体，于涂装车间车身电泳处理后施胶，用于白车身内、外表面的焊缝及不规则的孔隙的密封，烘烤后固化。在多数情况下，合理使用上述两种密封胶可以提高整车的密封、防腐性能。

但是，随着汽车车身结构设计的多样性、复杂性，对于一些有着特殊密封要求的区域，上述两种密封胶已不能满足设计要求。本文介绍了一种新型车身用密封胶，可用于车身外露面钣金拼缝、搭缝的密封，为车身密封选材设计提供了一种新的思路。

1问题来源
车身外表面钣金之间的缝隙因钣金间的配合方式不同而不同，除了常见的钣金搭接类的缝隙（如图1断面A-A所示），对于客车、大型商用车而言，拼接是车身外表面钣金常用的l另一种配合方式（如图1断面B-B所示）。后者可以保证焊点不出现在钣金的外露面上，从而减少因焊点外露对车身美观造成的不利影响。



图1某车型车身钣金搭接、拼接断面示意

对于外露钣金拼缝处的密封，首先想到的是按照传统搭接缝隙处的处理方式：在车身电泳后的密封线工位用PVC焊缝密封胶进行打胶密封，再进行中涂、面漆、清漆喷涂。这种传统的PVC胶加喷漆的实施效果并不理想。如图2所示，某车型经4.5W公里耐久路试过程中，发现车身外板搭缝处油漆层、胶层外观完好，而拼缝处油漆层、胶层开裂，对车辆外观质量及密封、防腐性能产生了不良影响。分析原因，主要是由于拼接缝隙往往较搭接的缝隙更大，伴随着车辆行驶过程车身的扭转振动，拼缝处的PVC胶层受到钣金相对运动所带来的影响也更大。当胶层无法承受这种应力、应变带来的影响时，胶层和油漆产生开裂。



图2某车型耐久试验后车身钣金拼缝处油漆与PVC胶开裂

2问题解决与讨论
综合对前述车身钣金拼缝处胶层开裂的原因分析，以及该处密封胶使用工况，对于新选用密封胶需考虑如下几方面性能：a.具备一定的抗拉强度及断裂伸长率，以抵御拼缝钣金间振动所传递到胶层的应力应变；b.具备良好的耐候性能；c.因用于车身外侧钣金拼缝处，该密封胶需具备良好的外观质量；d.与各种体系、颜色的油漆具有良好粘接及界面结合。

这里，我们引入了一种改性硅烷密封胶，表1为某车型应用的PVC焊缝密封胶与改性硅烷密封胶性能比较。通过常温条件下的对比可以看出：a.改性硅烷密封胶的拉伸强度为2.52MPa，优于PVC焊缝密封胶；拉断伸长率达到450%，为PVC焊缝密封胶的2倍多，体现出更好的韧性；b.改性硅烷密封胶与油漆板间的剪切强度也优于PVC密封胶与钢板间的剪切强度，且试验均呈现胶层内聚破坏，说明改性硅烷密封胶与油漆板形成了良好的界面结合。上述改性硅烷密封胶所具备的更优异的拉伸强度、拉断伸长率及剪切强度确保了其在受到钣金拼缝处应力及应变时，较PVC焊缝密封胶不容易产生胶层开裂。

表1 PVC焊缝密封胶与改性硅烷密封胶性能比较



注1试样制备过程中，脱模以后继续在标准试验条件下放置至168h后进行物理力学性能试验。
注2PVC焊缝密封胶按照145℃/20min烘烤后，再进行性能测试。
注3与不同体系及颜色油漆板进行剪切强度试验。

与PVC胶施胶后会在胶层表面喷涂中涂漆和面漆的工艺不同，改性硅烷密封胶在车身喷完面漆后施胶，因此密封胶会直接暴露于阳光雨淋等气候环境下，需具备优良的耐候性。通过引入氙灯加速老化和湿热老化来评估改性硅烷密封胶的耐候性，如表1结果所示：a.氙灯老化前后改性硅烷密封胶的拉伸强度、拉断伸长率及在油漆板上的剪切强度变化甚小；b.湿热后拉伸强度、剪切强度有所升高，在一定程度上说明改性硅烷密封胶具有较优异的耐光老化性能和耐湿热老化性能。



（a）



（b）



（c）
图3（a）改性硅烷密封胶水解（b）固化反应（c）界面反应

改性硅烷密封胶的水解、固化及界面反应机理如图3所示。首先，硅烷密封胶与空气中的水反应（反应如图3(a)所示），硅烷氧基通过水解形成硅醇；其次，硅醇经缩聚反应形成-Si-O-Si-三维网状结构（反应如图3(b)所示），在界面上密封胶的硅醇会与油漆表面的羟基发生反应形成化学键合（如图3(c)所示）。由反应机理可见，潮湿的环境有利于硅烷氧基充分水解，从而使后续的固化反应及界面反应更充分，这也与前述湿热老化后密封胶的拉伸强度和剪切强度均上升的结果相吻合。



图4某车型车身拼缝处(a)改性硅烷密封胶施胶后效果图

(b)整车耐久试验后密封胶状态
图4(a)所示为某车型车身拼缝采用改性硅烷密封胶施胶
后的效果图，图中可见施胶后造型效果美观，且密封胶胶迹光滑平整。图4(b)为整车耐久试验后的车身拼缝处密封胶状态图，试验后密封胶外观无明显变化，胶层未出现裂纹、开裂，综合使用效果良好，可作为车身用密封材料的一种选择。

3结束语
改性硅烷密封胶具有优异的外观及物理机械性能，且耐候性及耐湿热老化性能优异，较传统PVC密封胶可以抵御车身钣金焊缝、拼缝等区域的较大应力应变，是一种不可多得的新型车身密封材料。