摘要：對(duì)于試圖減輕車輛重量來(lái)增強(qiáng)安全性的工程師們來(lái)說(shuō)，新型配方的膠粘劑是一種主要工具。
關(guān)鍵詞：膠粘劑車身結(jié)構(gòu) 混合粘結(jié)
膠粘劑技術(shù)的快速發(fā)展能讓我們?cè)O(shè)計(jì)出車體更輕的汽車，并且也能讓我們使用更薄的鋼板。一些新平臺(tái)已經(jīng)開(kāi)始采用這種新穎方法，期望很快就能獲得更廣泛的收益。
福特車身結(jié)構(gòu)技術(shù)主管Shawn Morgans說(shuō)，福特(Ford)公司通過(guò)在車身上部使用抗沖撞耐久結(jié)構(gòu)膠把 2008 福特福克斯(Ford Focus)車型的重量減少了3.7 磅。Morgans 介紹說(shuō)，“我們減少了焊點(diǎn)，接下來(lái)的重點(diǎn)是要減少鋼材的使用量?！?
通用汽車公司(General Motors)的工程師們也正在著眼于增加使用新型強(qiáng)力膠。
通用汽車公司材料與處理實(shí)驗(yàn)室主任Mark Verbrugge說(shuō)：“廣泛使用抗沖撞加強(qiáng)型膠粘劑，而不用鉚接、熱連接、攪拌摩擦焊等其他類似方式會(huì)很有好處，這樣能減輕重量。如果你最終不得不使用鉚釘或什么其他東西來(lái)保證車身結(jié)構(gòu)牢固安裝在一起的話，在工廠中的緊固安裝也會(huì)成問(wèn)題。你真正需要的是一種能馬上固定和裝配的粘結(jié)
結(jié)合。”
在歐洲和亞洲分別以Epsilon()和Delta ()為標(biāo)志開(kāi)發(fā)的美國(guó)通用汽車公司新型車輛將會(huì)采用新開(kāi)發(fā)的抗沖撞膠粘劑。新型歐寶(Opels)()車預(yù)計(jì)也將使用這種先進(jìn)的膠粘劑系統(tǒng)。
在歐洲，汽車制造商必須在2012年以前把所有客車的二氧化碳排放減少到120g/km 以下;在車身上使用結(jié)構(gòu)膠粘劑是歐洲非常領(lǐng)先的技術(shù)。比如，防撞穩(wěn)定型膠粘劑就正在被新梅賽德斯(Mercedes)和寶馬(BMW)車型所使用。
汽車上的粘結(jié)結(jié)合，包括把玻璃粘結(jié)在法蘭模板上，已經(jīng)具有很久的歷史了。車身的重量占整輛汽車的25%，是降低車輛重量的主要目標(biāo)。直到最近幾年，用在飛機(jī)和其他應(yīng)用上的高強(qiáng)度膠粘劑才適用于汽車車身，因?yàn)橐郧暗哪z粘劑遭遇碰撞時(shí)過(guò)脆易碎，尤其是在較低的溫度下。改變了抗沖擊強(qiáng)度的雙階系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)為膠粘劑帶來(lái)了技術(shù)突破。在被稱作協(xié)同增韌增強(qiáng)()過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生增強(qiáng)顆粒和增韌劑。增強(qiáng)顆?？梢詼p少碎裂并且能吸收能量。在膠粘劑固化之前，這些只有幾納米大小的柔軟顆粒被均勻地分布在整個(gè)基質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
防撞穩(wěn)定型膠粘劑可能會(huì)被廣泛地使用在亞洲產(chǎn)的一種新車型上。
防撞穩(wěn)定型膠粘劑之所以能夠適用于傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)系統(tǒng)是因?yàn)檫€出現(xiàn)了一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。那就是，這種膠一般在356F 左右就能固化，這可以讓預(yù)處理電涂加工不使用專用養(yǎng)護(hù)爐就可以使結(jié)構(gòu)固化。這種材料的最新品類可以在-40～176F 的溫度范圍內(nèi)使用。
今天發(fā)展最快的技術(shù)是使用混合粘結(jié)。正如 Verbrugge 所說(shuō)的那樣，需要使用點(diǎn)焊或者其他傳統(tǒng)緊固系統(tǒng)來(lái)提供初始強(qiáng)度。出現(xiàn)這種現(xiàn)狀的另外一個(gè)因素是，作為整體車輛測(cè)試的一部分，用于預(yù)測(cè)新型防撞穩(wěn)定型膠粘劑性能的仿真技術(shù)比較有限。
“我們所看到的取得很大使用進(jìn)展的另一個(gè)領(lǐng)域是高強(qiáng)度鋼”，漢高公司(Henkel)結(jié)構(gòu)解決方案總監(jiān)Chris Liddiard 說(shuō)。“這種鋼比較硬，所以如果你不太當(dāng)心的話就會(huì)很快把能量作用到焊點(diǎn)上?！笔褂眯滦湍z粘劑可以通過(guò)提供雙能量管理系統(tǒng)來(lái)提高連接縫的完整性。
如果能夠在汽車規(guī)模的應(yīng)用上可靠地預(yù)測(cè)粘結(jié)性能并且能開(kāi)發(fā)出更快裝配的膠粘劑的話，結(jié)構(gòu)型膠粘劑下一代的重大技術(shù)突破就會(huì)出現(xiàn)。但現(xiàn)在的開(kāi)發(fā)進(jìn)步也很快，并且與很多種類的機(jī)械設(shè)計(jì)都有關(guān)聯(lián)。
Lotus 公司的斬獲
“就全球來(lái)說(shuō)，汽車工業(yè)的挑戰(zhàn)是在提高安全性、提高性能和讓用戶能買得起的同時(shí)來(lái)提高車輛的燃油效率，”Lotus 公司()的總機(jī)械工程師Jason Rowe 說(shuō)。Rowe 在最近的一份研究報(bào)告中寫道：“最近在連接技術(shù)方面最大的進(jìn)展就是結(jié)構(gòu)型膠粘劑的性能?！?
Lotus 正在其VVA(通用車架構(gòu)造，萬(wàn)能車輛構(gòu)架)結(jié)構(gòu)上()使用機(jī)械緊固技術(shù)和結(jié)構(gòu)膠粘劑，這種結(jié)構(gòu)是2005年推出的，使用的大多是鋁結(jié)構(gòu)型材。在有焊點(diǎn)的地方使用了自沖鉚釘連接，在封閉結(jié)構(gòu)的單面連接上使用的是自攻(flow-drill)螺絲。在粘結(jié)固化循環(huán)中，是這兩種連接方法首先把結(jié)構(gòu)固定在一起，并且能在碰撞中避免粘結(jié)點(diǎn)剝落。熱固化結(jié)構(gòu)型膠粘劑是其中主要的連接介質(zhì)。據(jù)說(shuō)這種系統(tǒng)能提供超常的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。
“自沖鉚釘(SPR)和膠粘劑的聯(lián)合使用要比單獨(dú)使用粘結(jié)劑具有強(qiáng)得多的抗剝落性能，其強(qiáng)度至少是單獨(dú)使用鉚接方法的三倍，”Rowe 說(shuō)?！傲硗?，使用自沖鉚釘可以在膠粘劑固化之前對(duì)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾具去電鍍處理(de-jigging),在電涂過(guò)程中無(wú)需專家來(lái)固定就能保持其幾何形狀和尺寸?！?之所以需要這種新方法是因?yàn)辄c(diǎn)焊和MIG(Metal Inert Gas，金屬惰性氣體)焊接會(huì)使鋁材剝蝕。
Lotus公司正在即將推出的2+2跑車上使用VVA結(jié)構(gòu)。Lotus 曾經(jīng)是通用汽車公司的一部分，現(xiàn)在隸屬于一家馬來(lái)西亞的制造公司，它現(xiàn)在制造跑車并且開(kāi)展工程咨詢方面的業(yè)務(wù)。
廣泛使用新型抗沖撞耐久膠的第一種美國(guó)車型是福特F-150 小型貨車，該車型獲得了美國(guó)高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)(U.S. Insurance Institute for Highway
Safety)評(píng)比的該類車輛中最高的抗沖撞等級(jí)。
其他增加使用結(jié)構(gòu)膠粘劑的新車型實(shí)例包括：
● 使用Delta 和Epsilon 平臺(tái)的新車型。一個(gè)實(shí)例可能會(huì)是 2009 年款大宇/ 雪佛蘭(Daewoo/Chevrolet)緊湊型轎車，雖然還不能最后確定。
● Betamate 1496 膠粘劑被用在了奧迪(Audi)A5 的結(jié)構(gòu)部件上，像擱梁、尾部結(jié)構(gòu)和前圍擋板等。Dow Automotive 公司的官員說(shuō)，這種新型膠粘劑能提高25% 的車身硬度并能在碰撞中提高15% 的吸能性能。與點(diǎn)焊相比，其持久性能把連接點(diǎn)的斷裂轉(zhuǎn)效時(shí)間提高1,000倍，而且膠粘劑的密封特性還能提供間隙保護(hù)。
● Dow公司開(kāi)發(fā)了一種新等級(jí)的BMW X5前縱梁、前圍板、減震支座和車身底板。位于密歇根的一家工廠被改造用來(lái)生產(chǎn)這些能夠在洗車、磷酸鹽和電泳涂裝中保證車身結(jié)構(gòu)安全的、按特定配方制造的材料。它們所具有的其他特性還包括低粘度、領(lǐng)先的處理特征以及卓越的抗腐蝕性。
● 意大利汽車制造商IRISBUS 出產(chǎn)的新Domino 車六個(gè)艙門的外蓋板是通過(guò)使用Betamate 2096膠粘劑粘結(jié)到鋁制車身上的。
這種新材料的使用并不局限于高端車型。膠粘劑的開(kāi)發(fā)者們說(shuō)，他們對(duì)亞洲和印度OEM廠商所開(kāi)發(fā)的一種新型廉價(jià)的世界年度車型也很感興趣。與焊接系統(tǒng)相比，膠粘劑具有更高的加工靈活性。
幾點(diǎn)告誡
增加使用抗沖撞結(jié)構(gòu)型膠粘劑還要面臨幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。其一是設(shè)計(jì)工程師們根深蒂固的守舊性，他們對(duì)傳統(tǒng)的連接方法，尤其是點(diǎn)焊非常熟悉并且信任。其二是現(xiàn)在還缺乏能夠?qū)@種新型材料的機(jī)械性能進(jìn)行大規(guī)模仿真的程序。新膠粘劑中的粘結(jié)層需要增加有限元數(shù)量的極其精細(xì)的配合，即使高性能計(jì)算機(jī)現(xiàn)在也達(dá)不到這個(gè)要求。專家們正在與德國(guó)弗勞恩霍夫(Fraunhofer)制造工程和應(yīng)用材料協(xié)會(huì)合作來(lái)研究解決這個(gè)問(wèn)題。
對(duì)膠粘劑來(lái)說(shuō)，還有一種更高的熱抵抗性需求，有了更高的熱抵抗性，膠粘劑就可以使用在發(fā)動(dòng)機(jī)組附近。另一種需要就是讓膠粘劑能在更低的溫度下固化，這可以使OEM廠商不必再使用電泳爐操作。還有一些應(yīng)用需要具有更短固化時(shí)間等級(jí)的膠粘劑產(chǎn)品。
據(jù)Dow Automotive 公司車身結(jié)構(gòu)解決方案的全球市場(chǎng)經(jīng)理 Marc Van Den Biggelaar 說(shuō)，膠粘劑的使用并不會(huì)影響歐洲推廣的汽車回收利用。破碎的車身結(jié)構(gòu)會(huì)被捆扎在一起送進(jìn)再熔爐，比如鋼鐵企業(yè)中的電弧爐?！皩?duì)于膠粘劑不需要做什么特殊處理。高溫下它們就會(huì)被燃燒掉，”Van Den Biggelaar 說(shuō)。
然而，當(dāng)鋼和鋁粘結(jié)在一起時(shí)，回收再利用可能就會(huì)有問(wèn)題;否則的話，有利于回收利用也會(huì)是膠粘劑系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)之一。(
（轉(zhuǎn)載）
