王天雨 李宗禮 吳迪

摘要：在某款車生產(chǎn)中，舉升門鉸鏈墊片附近出現(xiàn)了油漆縮孔的污染現(xiàn)象，此缺陷出現(xiàn)頻率較高，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行打磨返修，極大影響生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)氣相色譜，質(zhì)譜等試驗(yàn)檢測(cè)確定污染物為甲基環(huán)硅氧烷，產(chǎn)生原因?yàn)楣柘鹉z墊片在經(jīng)過(guò)油漆車間烘烤的時(shí)候，有析出小分子的甲基環(huán)硅氧烷，導(dǎo)致了油漆污染。根據(jù)該問(wèn)題，將舉升門鉸鏈墊片由硅橡膠改成了三元乙丙橡膠，徹底解決了油漆污染問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：舉升門鉸鏈墊片 硅橡膠 涂裝車間污染問(wèn)題

中圖分類號(hào)：U465.4+2?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B?? DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230206

Solution of Painting Pollution Caused by Silicon Rubber Gasket

Wang Tianyu， Li Zongli， Wu Di

（Pan Asia Technical Automotive Center Co.， Ltd.， Shanghai 202301）

Abstract： In the production of a vehicle， the painting shrinkage appeared near the liftgate hinge gasket. This defect occurred frequently and needed to be polished and repaired on site， which greatly affected the production efficiency. The pollutant was determined to be methyl cyclosiloxane by gas chromatography， mass spectrometry and other tests. The cause is that when the silicone rubber gasket is baked in the paint workshop， small molecules of methyl cyclosiloxane are precipitated， which leads to paint pollution. According to this problem， the liftgate hinge gasket was changed from silicone rubber to ethylene propylene diene monomer rubber， which completely solved the problem of paint pollution.

Key words： Liftgate hinge gasket， Silicone rubber， Pollution in painting workshop

作者簡(jiǎn)介：王天雨（1991—），男，碩士學(xué)位，研究方向?yàn)楹笊w鉸鏈方向。

參考文獻(xiàn)引用格式：

王天雨， 李宗禮， 吳迪. 硅橡膠墊片造成的油漆污染問(wèn)題解決[J]. 汽車工藝與材料， 2024（4）： 40-44.

WANG T Y， LI Z L， WU D. Solution of Painting Pollution Caused by Silicon Rubber Gasket[J]. Automobile Technology & Material， 2024（4）： 40-44.

1 前言

油漆工藝中的烘烤車間承擔(dān)了所有車輛的電泳漆烘烤任務(wù)，因此它的運(yùn)作效率和穩(wěn)定直接影響到整個(gè)工廠的效率。烘烤車間的烘烤溫度曲線會(huì)因工廠不同而有差異，但大致是在180～200 ℃，烘烤30～40 min。硅橡膠具有優(yōu)異的耐熱性、耐寒性、介電性、耐臭氧和耐大氣老化等性能，硅橡膠突出的性能是使用溫度寬廣，能在-60～250 ℃甚至更大溫度區(qū)間內(nèi)長(zhǎng)期使用。烘烤車間的溫度和硅橡膠優(yōu)良的耐熱性能是選擇硅橡膠作為舉升門鉸鏈墊片的原因，也是造成油漆縮孔污染現(xiàn)象的原因。介紹由硅橡膠引起的油漆污染問(wèn)題并探究其解決方案。

2 污染物確認(rèn)

2.1 確認(rèn)污染物來(lái)源

如圖1所示為某項(xiàng)目油漆縮孔污染現(xiàn)象實(shí)物圖。油漆縮孔即是漆膜中小的圓形的凹坑（圖2）。如圖3所示縮孔中心有低表面張力的物質(zhì)存在，其與周圍的涂料存在表面張力差，這個(gè)差值就是縮孔形成的動(dòng)力，促使周圍的液體流體向四周背離縮孔污源而流開(kāi)成凹陷-縮孔。表面張力差由甲基環(huán)硅氧烷造成。

油漆縮孔現(xiàn)象會(huì)造成汽車油漆表面明顯的外觀缺陷，必須經(jīng)過(guò)返修修復(fù)。如果生產(chǎn)線上產(chǎn)生大量的油漆縮孔污染現(xiàn)象，那么涂裝車間需要花費(fèi)大量的人工成本進(jìn)行修復(fù)，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要通過(guò)GC-MS等試驗(yàn)確認(rèn)污染物，并驗(yàn)證使用新材料的可行性。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，金屬裸板不會(huì)產(chǎn)生油漆污染，如圖4鉸鏈的物料清單中，含非金屬材料的物料為墊片、襯套和緊固螺母（噴黑漆）。通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)污染物來(lái)源進(jìn)行確認(rèn)。從生產(chǎn)線上隨機(jī)選取12個(gè)鉸鏈作為樣品，將鉸鏈固定于金屬板上作為試驗(yàn)裝置（圖5）。每4個(gè)為一組，每組分別去掉墊片、襯套和螺母，試驗(yàn)結(jié)果如圖6～圖7所示。最后將試驗(yàn)裝置掛在舉升門鉸鏈位置處，隨整車一起過(guò)電泳和烘房（圖8），分別記錄帶有污染的數(shù)量，最終測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1測(cè)試結(jié)果分析得出，墊片是造成污染物的主要原因。

2.2 墊片成分分析

鉸鏈墊片的作用是密封防水，在下雨、洗車等工況下，阻止液體進(jìn)入艙內(nèi)，因此墊片是保證用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵零件。

鉸鏈墊片材料為甲基乙烯基硅橡膠（Vinyl Methyl Quality，VMQ）。VMQ具有優(yōu)異耐高溫性能，同時(shí)其含有少量的乙烯基側(cè)鏈，使之有更多種類的過(guò)氧化物可供硫化使用，抗壓縮永久變形性能獲得顯著的改進(jìn)。低的壓縮變形反映了它作為密封件在高溫下具有較佳的支撐性，是較常用的一種硅橡膠[1]。基于以上原因，選擇硅橡膠作為鉸鏈墊片材料。

2.3 確認(rèn)污染物成分

2.3.1 SEM-EDS檢測(cè)污染物形成元素

掃描電鏡及能譜儀（Scanning Electron Microssopy and Energy Dispersive Spectrometer，SEM-EDS）以電影攝影顯像方式，用聚焦電子束在樣品表面掃描時(shí)激發(fā)產(chǎn)生的某些物理信號(hào)來(lái)調(diào)制成像，其放大倍數(shù)為30 000倍，可檢測(cè)表面元素組成。在污染物中選取5點(diǎn)（圖9）做EDS測(cè)試并分別標(biāo)記為01、02、03、04及05，點(diǎn)05的EDS測(cè)試圖譜如圖10所示。

從5個(gè)點(diǎn)的EDS檢測(cè)結(jié)果（表2）中可以看出，污染物中含有Si元素，只有鉸鏈墊片中含有硅元素，因此可以確認(rèn)Si元素來(lái)源于硅橡膠墊片。

2.3.2 GC-MS 試驗(yàn)確認(rèn)污染物成分

氣相色譜（Gas Chromatography，GC）的流動(dòng)相為惰性氣體，氣-固色譜法中以表面積大且具有一定活性的吸附劑作固定相。當(dāng)組分的混合樣品進(jìn)入色譜柱后，由于吸附劑對(duì)每個(gè)組分的吸附力不同，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也就不同。吸附力弱的的組分容易被吸附下來(lái)，最先離開(kāi)色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器，而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被吸附下來(lái)，因此最后離開(kāi)色譜柱。如此，各組分得以在色譜柱中彼此分離，循序進(jìn)入檢測(cè)器中被檢測(cè)，記錄下來(lái)[2]。

測(cè)試樣品的質(zhì)譜（Mass Spectrometry，MS）。質(zhì)譜分析法是通過(guò)對(duì)被測(cè)樣品離子的質(zhì)荷比的測(cè)定來(lái)進(jìn)行分析的一種分析方法。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)行為的不同，把離子按質(zhì)荷比（m/z）分開(kāi)而得到質(zhì)譜，通過(guò)樣品的質(zhì)譜和相關(guān)信息，可以得到樣品的定性定量結(jié)果[2]。

氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS）的有效結(jié)合既充分利用色譜的分離能力，又發(fā)揮了質(zhì)譜的定性專長(zhǎng)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，結(jié)合譜庫(kù)檢索，可以得到較滿意的分離機(jī)鑒定結(jié)果[2]。

GC-MS試驗(yàn)檢測(cè)的樣品準(zhǔn)備如下：第1組墊片樣品經(jīng)過(guò)二次硫化，即200 ℃，烘烤4 h；第2組墊片樣品為供應(yīng)商在供品。檢測(cè)結(jié)果如表3。從檢測(cè)中可以看出供應(yīng)商在供品中有揮發(fā)性甲基環(huán)硅氧烷殘留，經(jīng)過(guò)二次硫化過(guò)的硅橡膠墊片沒(méi)有揮發(fā)性甲基環(huán)硅氧烷殘留。

3 解決方案及驗(yàn)證

3.1 二次硫化

由供應(yīng)商交樣前對(duì)硅橡膠墊片進(jìn)行二次硫化，即在200 ℃下對(duì)硅橡膠墊片進(jìn)行4 h烘烤，提前析出硅氧烷，以達(dá)到避免油漆污染的目的。按照生產(chǎn)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，樣品數(shù)量按照10、50、500等逐漸增加，以驗(yàn)證大批量生產(chǎn)問(wèn)題。

第1組樣品為二次硫化硅橡膠墊片10個(gè)（圖11）。第2組樣品為二次硫化硅橡膠墊片50個(gè)（圖12）。重復(fù)前文中介紹的油漆匹配性試驗(yàn)，樣品測(cè)試結(jié)果如表4所示。

從2次油漆匹配性試驗(yàn)中可以看出，同樣的二次硫化條件下，200 ℃，4 h，第1次能夠完全消除油漆污染，第2次卻不能完全消除。因此，二次硫化的方法并不能穩(wěn)定解決油漆污染問(wèn)題。

3.2 硅含量檢測(cè)

3.2.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)原理

通過(guò)熱失重分析確認(rèn)有油漆污染的墊片和無(wú)油漆污染墊片中的含硅量差異，通過(guò)這個(gè)差異制定供應(yīng)商硅橡膠墊片的收貨標(biāo)準(zhǔn)，例如無(wú)油漆污染的墊片含量為2%，每批次墊片中隨機(jī)抽取10個(gè)墊片，進(jìn)行熱失重實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量丟失大于2%，即該批次墊片不合格，重新供貨。

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

樣品組A：無(wú)油漆污染的試驗(yàn)組的墊片3個(gè)，并且未經(jīng)二次硫化（圖13）。

樣品組B：有油漆污染的試驗(yàn)組的墊片3個(gè)，并且未經(jīng)二次硫化（圖14）。

從表5中可以看出，有油漆污染的試驗(yàn)組的墊片的硅氧烷含量確實(shí)比無(wú)油漆污染的試驗(yàn)組的墊片含量高，但是差異很小，只有0.25%，而一個(gè)墊片的質(zhì)量?jī)H為1.5 g，差異太小，難以檢測(cè)，供應(yīng)商工藝也難以到達(dá)這個(gè)水平。

3.3 更改墊片材料

三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer，EPDM）是乙烯、丙烯和少量的非共軛二烯烴的共聚物，是乙丙橡膠的一種，EPDM有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，廣泛應(yīng)用于密封件，橡膠管和橡膠墊等，其擁有良好的耐老化性能，耐天候性能，電絕緣性能，耐化學(xué)腐蝕性能[3]，因此成為墊片的新選擇。之前選擇硅橡膠，是因?yàn)楣柘鹉z比EPDM性能更優(yōu)異，尤其是耐高溫性能。

3.3.1 驗(yàn)證

油漆匹配性試驗(yàn)：選擇與硅橡膠墊片相同尺寸規(guī)格的EPDM墊片作為樣品，除材料外其余全部相同，進(jìn)行油漆匹配性試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果如圖15所示，未出現(xiàn)油漆縮孔問(wèn)題，證明EPDM可以解決油漆污染問(wèn)題。

對(duì)EPDM墊片進(jìn)行生產(chǎn)線驗(yàn)證。在量產(chǎn)項(xiàng)目中切換墊片材料為EPDM，發(fā)現(xiàn)所有車輛的鉸鏈附近沒(méi)有出現(xiàn)油漆污染的縮孔問(wèn)題（圖15）。同時(shí)，隨機(jī)抽取若干輛車，再經(jīng)過(guò)涂裝車間烘烤后進(jìn)行拆解，目測(cè)EPDM未見(jiàn)明顯變形及碎裂（圖16），同時(shí)雨淋試驗(yàn)也全部通過(guò)。滿足功能要求之后，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料進(jìn)行硬度測(cè)試等材料性能測(cè)試，結(jié)果全部通過(guò)。

對(duì)EPDM墊片進(jìn)行耐久試驗(yàn)驗(yàn)證。在某個(gè)項(xiàng)目中的開(kāi)關(guān)尾門耐久試驗(yàn)中，切換鉸鏈墊片材料為EPDM，在經(jīng)過(guò)一整個(gè)整車壽命的耐久試驗(yàn)之后，對(duì)車輛進(jìn)行拆解。如圖17所示，EPDM墊片有少許變形，但邊緣完整，無(wú)碎裂等失效形式。

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)驗(yàn)證，EPDM適合作為鉸鏈墊片，并且成本比硅橡膠墊片更加低廉。

4 結(jié)論

a.硅橡膠墊片經(jīng)過(guò)高溫烘烤會(huì)有硅氧烷析出，從而造成油漆縮孔污染。

b.二次硫化工藝可以改善油漆縮孔污染現(xiàn)象，但是該工藝并不穩(wěn)定，并不能每次都完全提前析出硅氧烷。

c.硅橡膠墊片不適合用于需要通過(guò)油漆車間的零件，總裝零件不受限制，例如塑料舉升門，鉸鏈墊片仍然可以使用硅墊片。

d.EPDM墊片可以通過(guò)油漆車間的烘烤，代替硅橡膠作為舉升門鉸鏈墊片的原材料。

參考文獻(xiàn)：

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