有意思的一起外饰结构胶脱胶案例,更有意思的是这起案例向我们展示了Cybertruck科幻外形的工艺方案
虽然环氧结构胶很少用在座舱非金属件上,但胶水机理很多都是互通的,所以我们开始吧
第一步是确认缺陷状态:
这个缺陷状态像极了你从淘宝买的装饰件脱落的状态,对的,就是那种用山寨3M压敏胶贴的装饰
但实际上量产车有很多部位用的也是压敏胶,只不过是正版的3M或者Tesa胶带,而且是在恒温环境下粘贴
虽然很像,但这个材料和Cybertruck用的无关,因为Cybertruck看上去用的是一种环氧结构胶,但其结构原理后面会有用
做胶水失效分析,首先要能先看到失效的界面状态,大部分媒体用的是这张照片,但是过于模糊
好在外网有位博主小哥,刚好遇到了同样问题,于是他把他的Cybertruck所有可能用胶水粘的面板都分析了一遍,并展示了他脱落的窗框部件
可以看到在Cybertruck上结构胶需要固定的两侧材料分别是黑色塑料与不锈钢板,而根据小哥判断,Cybertruck的整个不锈钢外饰都是用胶水粘的
实际上如果翻找一下Cybertruck的BIW,我们也可以确认这一点,因为没有一点不锈钢钣金焊接在BIW上
普通车辆焊接后电泳前的状态是上图这样的,冷轧钢的钣金覆盖件占据了大部分车身,而cybertruck似乎不锈钢覆盖件全部都是粘在塑料件上,而塑料件本身是靠螺钉或者其他紧古件固定到车身上(黑色可能部分位置塑料或者低碳钢,比如前后保考虑行人碰撞安全,内部应该是塑料,从行李舱尾门也可以看出来有同种结构胶粘不同材料的情况,下图可以看到螺钉连接方式,藏在不锈钢后,这样实现外观面毫无紧固件痕迹)
上面是车头,下图是车尾行李箱门
而后行李舱门则是直接粘在金属件上,不过我倒觉得,这个可能比起粘在塑料上更好一些
从失效界面就可以看到,所有的结构胶都留在了黑色塑料件/低碳钢一侧,不锈钢外饰件背面几乎没有残留
这就说明,结构胶的和不锈钢的结合面,表面结合强度出了问题
正常粘结强度情况下,发生破坏的应该在胶水层,如下图的右边这张图
而cybertruck这起案例显然更接近左边这种情况,那么,我们就找找更多更清晰照片,看看Cybertruck的不锈钢背面到底出了什么问题
首先,最明显的一点,不锈钢表面光泽过高,似乎一点表面处理都没有做,被粘结材料的表面处理通常分物理和化学的两种:
物理就是增加表面粗糙度,通过增加微孔面积,来提升物理和胶水的接触面积,对于塑料的金属模具来说有以下几种,对于金属来说可以喷砂处理,Cybertruck的表面就明显就没有做任何喷砂处理,过于光亮
化学要做的就是表面处理,表面处理的目的有多重:
1)调整表面极性,增加液体对表面的浸润效果
2)产生极性基团,让环氧树脂或聚氨酯结构胶可以和金属表面产生足够氢健来保障结合强度,这比起物理处理的机械嵌合力要高出几个等级,且不易受到环境影响
3)对材料表面残留的油污和附着物进行碳化去除,处理后不仅可以去除覆盖物,还能进一步提升表面微面积
如果说物理表面处理是可以通过图片判断的,那么化学表面处理就比较难通过图片判断了,通常来说我们车企会通过水滴角或达因值来判断。
说这个的原因,是这个博主分享了一台全新的cybertruck,也就是胶水完全还没有经历耐候老化,紫外线破坏等等,但是也出现了翘曲
一言蔽之:有翘曲就有应力
如果说表面物理化学处理是为了胶水的强度,那么脱胶的力、从何而来?在脱开之前,是没有风阻的,尤其前保险杠,作为迎风面更是如此。
因此,力来自内应力
我们看到遇到问题的小哥身处冰天雪地
而cybertruck的工厂位于德州
南北温差极限可达70摄氏度,这样极限的温差情况下,夏天德州工厂生产的Cybertruck,当买到密西根北部地区,冬天可能就是零下平均20度的环境
这样的环境下,2米长的不锈钢细条和同样长度的黑色塑料件/低碳钢/铝合金,因膨胀系数的差异,在70度温差变化后的情况如下:
由此可见不同的材料与不锈钢在车顶梁这跟2米长的门框装饰件上,会有0.6-8.26mm的差异,这种尺寸变化会在每年季节交替时候反复挑战接合面强度
这就是为什么是车顶梁门框装饰条先发生脱落,为什么新车,接缝位置就有翘曲
为什么特斯拉给媒体的官方信息表示寒冷会对胶水产生影响,以及为什么我上面就说行李箱门金属粘金属的结构更好
知道为什么外饰用的胶带为什么要有丙烯酸泡棉层不?
特斯拉选择硬的结构胶来提高界面物理机械嵌合强度,却导致失去了吸收膨胀系数的能力,不妨采用软硬适中的结构胶,配合化学处理来增加界面强度,同时断开弱化B面的塑料件,在BIW车身钣金上的卡接位置进行方向性扩孔来提供运动空间,尤其是头部和末端。
不锈钢焊接是能解决,但必然导致正面应力集中,日后会产生表面不平整,我相信这时一个长久解决方案,但还是会有外观的问题出现,如果一开始设计可以将不锈钢设计一道翻边扣住背后结构,再结合结构胶或者焊接(焊B面翻边),就能大大减少此类问题发生。