膠粘劑啟動汽車裝配革命
膠粘劑技術的快速發展能讓我們設計出車體更輕的汽車,并且也能讓我們使用更薄的鋼板。一些新平臺已經開始采用這種新穎方法,期望很快就能獲得更廣泛的收益。
福特車身結構技術主管Shawn Morgans說,福特(Ford)公司通過在車身上部使用抗沖撞耐久結構膠把 2008 福特??怂?Ford Focus)車型的重量減少了3.7 磅。Morgans 介紹說,“我們減少了焊點,接下來的重點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力膠。
通用汽車公司材料與處理實驗室主任Mark Verbrugge說:“廣泛使用抗沖撞加強型膠粘劑,而不用鉚接、熱連接、攪拌摩擦焊等其他類似方式會很有好處,這樣能減輕重量。如果你終不得不使用鉚釘或什么其他東西來保證車身結構牢固安裝在一起的話,在工廠中的緊固安裝也會成問題。你真正需要的是一種能馬上固定和裝配的粘結
結合?!?
在歐洲和亞洲分別以Epsilon和Delta 為標志開發的美國通用汽車公司新型車輛將會采用新開發的抗沖撞膠粘劑。新型歐寶(Opels)車預計也將使用這種先進的膠粘劑系統。
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;在車身上使用結構膠粘劑是歐洲非常的技術。比如,防撞穩定型膠粘劑就正在被新梅賽德斯(Mercedes)和寶馬(BMW)車型所使用。
汽車上的粘結結合,包括把玻璃粘結在法蘭模板上,已經具有很久的歷史了。車身的重量占整輛汽車的25%,是降低車輛重量的主要目標。直到近幾年,用在飛機和其他應用上的高強度膠粘劑才適用于汽車車身,因為以前的膠粘劑遭遇碰撞時過脆易碎,尤其是在較低的溫度下。改變了抗沖擊強度的雙階系統的開發為膠粘劑帶來了技術突破。在被稱作協同增韌增強過程中的化學反應會產生增強顆粒和增韌劑。增強顆??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基質結構中。
防撞穩定型膠粘劑可能會被廣泛地使用在亞洲產的一種新車型上。
防撞穩定型膠粘劑之所以能夠適用于傳統汽車生產系統是因為還出現了一項關鍵技術。那就是,這種膠一般在356F 左右就能固化,這可以讓預處理電涂加工不使用專用養護爐就可以使結構固化。這種材料的新品類可以在-40~176F 的溫度范圍內使用。
今天發展快的技術是使用混合粘結。正如 Verbrugge 所說的那樣,需要使用點焊或者其他傳統緊固系統來提供初始強度。出現這種現狀的另外一個因素是,作為整體車輛測試的一部分,用于預測新型防撞穩定型膠粘劑性能的仿真技術比較有限。
“我們所看到的取得很大使用進展的另一個領域是高強度鋼”,漢高公司(Henkel)結構解決方案總監Chris Liddiard 說?!斑@種鋼比較硬,所以如果你不太當心的話就會很快把能量作用到焊點上?!笔褂眯滦湍z粘劑可以通過提供雙能量管理系統來提高連接縫的完整性。
如果能夠在汽車規模的應用上可靠地預測粘結性能并且能開發出更快裝配的膠粘劑的話,結構型膠粘劑下一代的重大技術突破就會出現。但現在的開發進步也很快,并且與很多種類的機械設計都有關聯。
Lotus 公司的斬獲
“就來說,汽車工業的挑戰是在提高安全性、提高性能和讓用戶能買得起的同時來提高車輛的燃油效率,”Lotus 公司的總機械工程師Jason Rowe 說。Rowe 在近的一份研究報告中寫道:“近在連接技術方面大的進展就是結構型膠粘劑的性能。”
使用機械緊固技術和結構膠粘劑,這種結構是2005年推出的,使用的大多是鋁結構型材。在有焊點的地方使用了自沖鉚釘連接,在封閉結構的單面連接上使用的是自攻(flow-drill)螺絲。在粘結固化循環中,是這兩種連接方法先把結構固定在一起,并且能在碰撞中避免粘結點剝落。熱固化結構型膠粘劑是其中主要的連接介質。據說這種系統能提供超常的扭轉強度。
“自沖鉚釘(SPR)和膠粘劑的聯合使用要比單獨使用粘結劑具有強得多的抗剝落性能,其強度至少是單獨使用鉚接方法的三倍,”Rowe 說?!傲硗猓褂米詻_鉚釘可以在膠粘劑固化之前對主要結構進行夾具去電鍍處理(de-jigging),在電涂過程中無需專家來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為點焊和MIG(Metal Inert Gas,金屬惰性氣體)焊接會使鋁材剝蝕。 [-page-]
Lotus公司正在即將推出的2+2跑車上使用VVA結構。Lotus 曾經是通用汽車公司的一部分,現在隸屬于一家馬來西亞的制造公司,它現在制造跑車并且開展工程咨詢方面的業務。
廣泛使用新型抗沖撞耐久膠的種美國車型是福特F-150 小型貨車,該車型獲得了美國高速公路安全保險協會(U.S. Insurance Institute for Highway
Safety)評比的該類車輛中高的抗沖撞等級。
其他增加使用結構膠粘劑的新車型實例包括:
● 使用Delta 和Epsilon 平臺的新車型。一個實例可能會是 2009 年款大宇/ 雪佛蘭(Daewoo/Chevrolet)緊湊型轎車,雖然還不能后確定。
● Betamate 1496 膠粘劑被用在了奧迪(Audi)A5 的結構部件上,像擱梁、尾部結構和前圍擋板等。Dow Automotive 公司的官員說,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。與點焊相比,其持久性能把連接點的斷裂轉效時間提高1,000倍,而且膠粘劑的密封特性還能提供間隙保護。
● Dow公司開發了一種新等級的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生產這些能夠在洗車、磷酸鹽和電泳涂裝中保證車身結構安全的、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、的處理特征以及卓越的抗腐蝕性。
● 意大利汽車制造商IRISBUS 出產的新Domino 車六個艙門的外蓋板是通過使用Betamate 2096膠粘劑粘結到鋁制車身上的。
這種新材料的使用并不局限于高端車型。膠粘劑的開發者們說,他們對亞洲和印度OEM廠商所開發的一種新型廉價的年度車型也很感興趣。與焊接系統相比,膠粘劑具有更高的加工靈活性。
幾點告誡
增加使用抗沖撞結構型膠粘劑還要面臨幾項挑戰。其一是設計工程師們根深蒂固的守舊性,他們對傳統的連接方法,尤其是點焊非常熟悉并且信任。其二是現在還缺乏能夠對這種新型材料的機械性能進行大規模仿真的程序。新膠粘劑中的粘結層需要增加有限元數量的極其精細的配合,即使高性能計算機現在也達不到這個要求。專家們正在與德國弗勞恩霍夫(Fraunhofer)制造工程和應用材料協會合作來研究解決這個問題。
對膠粘劑來說,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動機組附近。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。還有一些應用需要具有更短固化時間等級的膠粘劑產品。
據Dow Automotive 公司車身結構解決方案的市場經理 Marc Van Den Biggelaar 說,膠粘劑的使用并不會影響歐洲推廣的汽車回收利用。破碎的車身結構會被捆扎在一起送進再熔爐,比如鋼鐵企業中的電弧爐。“對于膠粘劑不需要做什么特殊處理。高溫下它們就會被燃燒掉,”Van Den Biggelaar 說。
然而,當鋼和鋁粘結在一起時,回收再利用可能就會有問題;否則的話,有利于回收利用也會是膠粘劑系統的優勢之一。
福特車身結構技術主管Shawn Morgans說,福特(Ford)公司通過在車身上部使用抗沖撞耐久結構膠把 2008 福特??怂?Ford Focus)車型的重量減少了3.7 磅。Morgans 介紹說,“我們減少了焊點,接下來的重點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力膠。
通用汽車公司材料與處理實驗室主任Mark Verbrugge說:“廣泛使用抗沖撞加強型膠粘劑,而不用鉚接、熱連接、攪拌摩擦焊等其他類似方式會很有好處,這樣能減輕重量。如果你終不得不使用鉚釘或什么其他東西來保證車身結構牢固安裝在一起的話,在工廠中的緊固安裝也會成問題。你真正需要的是一種能馬上固定和裝配的粘結
結合?!?
在歐洲和亞洲分別以Epsilon和Delta 為標志開發的美國通用汽車公司新型車輛將會采用新開發的抗沖撞膠粘劑。新型歐寶(Opels)車預計也將使用這種先進的膠粘劑系統。
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;在車身上使用結構膠粘劑是歐洲非常的技術。比如,防撞穩定型膠粘劑就正在被新梅賽德斯(Mercedes)和寶馬(BMW)車型所使用。
汽車上的粘結結合,包括把玻璃粘結在法蘭模板上,已經具有很久的歷史了。車身的重量占整輛汽車的25%,是降低車輛重量的主要目標。直到近幾年,用在飛機和其他應用上的高強度膠粘劑才適用于汽車車身,因為以前的膠粘劑遭遇碰撞時過脆易碎,尤其是在較低的溫度下。改變了抗沖擊強度的雙階系統的開發為膠粘劑帶來了技術突破。在被稱作協同增韌增強過程中的化學反應會產生增強顆粒和增韌劑。增強顆??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基質結構中。
防撞穩定型膠粘劑可能會被廣泛地使用在亞洲產的一種新車型上。
防撞穩定型膠粘劑之所以能夠適用于傳統汽車生產系統是因為還出現了一項關鍵技術。那就是,這種膠一般在356F 左右就能固化,這可以讓預處理電涂加工不使用專用養護爐就可以使結構固化。這種材料的新品類可以在-40~176F 的溫度范圍內使用。
今天發展快的技術是使用混合粘結。正如 Verbrugge 所說的那樣,需要使用點焊或者其他傳統緊固系統來提供初始強度。出現這種現狀的另外一個因素是,作為整體車輛測試的一部分,用于預測新型防撞穩定型膠粘劑性能的仿真技術比較有限。
“我們所看到的取得很大使用進展的另一個領域是高強度鋼”,漢高公司(Henkel)結構解決方案總監Chris Liddiard 說?!斑@種鋼比較硬,所以如果你不太當心的話就會很快把能量作用到焊點上?!笔褂眯滦湍z粘劑可以通過提供雙能量管理系統來提高連接縫的完整性。
如果能夠在汽車規模的應用上可靠地預測粘結性能并且能開發出更快裝配的膠粘劑的話,結構型膠粘劑下一代的重大技術突破就會出現。但現在的開發進步也很快,并且與很多種類的機械設計都有關聯。
Lotus 公司的斬獲
“就來說,汽車工業的挑戰是在提高安全性、提高性能和讓用戶能買得起的同時來提高車輛的燃油效率,”Lotus 公司的總機械工程師Jason Rowe 說。Rowe 在近的一份研究報告中寫道:“近在連接技術方面大的進展就是結構型膠粘劑的性能。”
使用機械緊固技術和結構膠粘劑,這種結構是2005年推出的,使用的大多是鋁結構型材。在有焊點的地方使用了自沖鉚釘連接,在封閉結構的單面連接上使用的是自攻(flow-drill)螺絲。在粘結固化循環中,是這兩種連接方法先把結構固定在一起,并且能在碰撞中避免粘結點剝落。熱固化結構型膠粘劑是其中主要的連接介質。據說這種系統能提供超常的扭轉強度。
“自沖鉚釘(SPR)和膠粘劑的聯合使用要比單獨使用粘結劑具有強得多的抗剝落性能,其強度至少是單獨使用鉚接方法的三倍,”Rowe 說?!傲硗猓褂米詻_鉚釘可以在膠粘劑固化之前對主要結構進行夾具去電鍍處理(de-jigging),在電涂過程中無需專家來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為點焊和MIG(Metal Inert Gas,金屬惰性氣體)焊接會使鋁材剝蝕。 [-page-]
Lotus公司正在即將推出的2+2跑車上使用VVA結構。Lotus 曾經是通用汽車公司的一部分,現在隸屬于一家馬來西亞的制造公司,它現在制造跑車并且開展工程咨詢方面的業務。
廣泛使用新型抗沖撞耐久膠的種美國車型是福特F-150 小型貨車,該車型獲得了美國高速公路安全保險協會(U.S. Insurance Institute for Highway
Safety)評比的該類車輛中高的抗沖撞等級。
其他增加使用結構膠粘劑的新車型實例包括:
● 使用Delta 和Epsilon 平臺的新車型。一個實例可能會是 2009 年款大宇/ 雪佛蘭(Daewoo/Chevrolet)緊湊型轎車,雖然還不能后確定。
● Betamate 1496 膠粘劑被用在了奧迪(Audi)A5 的結構部件上,像擱梁、尾部結構和前圍擋板等。Dow Automotive 公司的官員說,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。與點焊相比,其持久性能把連接點的斷裂轉效時間提高1,000倍,而且膠粘劑的密封特性還能提供間隙保護。
● Dow公司開發了一種新等級的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生產這些能夠在洗車、磷酸鹽和電泳涂裝中保證車身結構安全的、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、的處理特征以及卓越的抗腐蝕性。
● 意大利汽車制造商IRISBUS 出產的新Domino 車六個艙門的外蓋板是通過使用Betamate 2096膠粘劑粘結到鋁制車身上的。
這種新材料的使用并不局限于高端車型。膠粘劑的開發者們說,他們對亞洲和印度OEM廠商所開發的一種新型廉價的年度車型也很感興趣。與焊接系統相比,膠粘劑具有更高的加工靈活性。
幾點告誡
增加使用抗沖撞結構型膠粘劑還要面臨幾項挑戰。其一是設計工程師們根深蒂固的守舊性,他們對傳統的連接方法,尤其是點焊非常熟悉并且信任。其二是現在還缺乏能夠對這種新型材料的機械性能進行大規模仿真的程序。新膠粘劑中的粘結層需要增加有限元數量的極其精細的配合,即使高性能計算機現在也達不到這個要求。專家們正在與德國弗勞恩霍夫(Fraunhofer)制造工程和應用材料協會合作來研究解決這個問題。
對膠粘劑來說,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動機組附近。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。還有一些應用需要具有更短固化時間等級的膠粘劑產品。
據Dow Automotive 公司車身結構解決方案的市場經理 Marc Van Den Biggelaar 說,膠粘劑的使用并不會影響歐洲推廣的汽車回收利用。破碎的車身結構會被捆扎在一起送進再熔爐,比如鋼鐵企業中的電弧爐。“對于膠粘劑不需要做什么特殊處理。高溫下它們就會被燃燒掉,”Van Den Biggelaar 說。
然而,當鋼和鋁粘結在一起時,回收再利用可能就會有問題;否則的話,有利于回收利用也會是膠粘劑系統的優勢之一。










































