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汽车结构中不同材料粘合方案浅析①

为了满足燃效法规,轻量化在汽车设计中的应用已经成为一种趋势。尽管如此,如何在保证材料轻量化的同时还能保持最合理的结构、优良的NVH性能以及碰撞安全性能仍然是一个技术挑战。
在对轻量化组件和结构进行设计时,通过将各种材料结合的方式已经越来越长剑。通过结构粘合剂将不同的材料联结起来的方式具有多项优势。

传统的结合钢板部件的方法有电焊、铆接、钎焊等,这类方法在遇到需要将不同材料结合的情况则并不适用,例如金属与塑料结合。传统的材料结合工艺在成品结构的耐久性和强度方面均受到限制。

与传统工艺形成鲜明对比,结构粘合剂从灵活性较高的密封工作到需要高强度的结构接合工作均能够胜任。由于用结构粘合剂粘合的材料连接部位非常光滑,因此结构这些部位所承受的压力也较小,整体结构的载荷分布也因此更均匀。从而使材料和结构的抗疲劳强度更高。优秀的材料结合设计一定具有较高的吸能特性和抗振动特性。
结构粘合的成功与否取决于多个因素,包括:粘结剂的选择、结合点设计、焊接表面的准备工作、生产中的质量控制以及环境特性控制等。根据基层材料、固化条件、强度要求、温度条件、振动衰减等条件,所需要的粘合剂类型也不同。

塔塔汽车(Tata Motors)的研究者检查了粘合剂结构粘结过程的各个方面,尤其是各类粘结节点进行特性验证,以保证其达到产品质量要求。试验样品中包含多种粘结剂和被粘结物品。
样品需要经受拉伸、剪切、折弯、疲劳测试。由于粘结剂的性能受到风化作用参数的影响,测试样品在经过极端温度测试后还需要进行机械测试,例如使样品暴露于汽油、柴油或燃油、齿轮油、轴承油中,以此模拟在汽车结构中的实际情况。

收集到的材料性质数据将被用于3个方面:1、粘结剂的选择 2、基于实际生产优化粘结剂固化参数 3、对粘合强度水平进行修正 4、以汽车级标准将数据进行CAE计算机模拟分析。

粘结剂类型
粘结剂是一种聚合物材料,当其被用于材料表面时,能够将不同材料结合。在传统的汽车车身结构中,会运用到大量的粘结剂。车身上不同位置的粘结剂需要满足不同的应用标准,例如基质材料、施工时限、弯曲时限、强度、耐化学性、耐高温型、耐疲劳性和可焊接性。

基于基础材料(环氧树脂、丙烯酸盐、聚氨酯等)和属性的不同粘结剂可分为几种类型,应用场合也不同。例如,单一组件上可以在基层材料涂上粘合剂;而牵涉到两个组件粘结时,则需要考虑是否能够混合均匀的问题。