“糊”弄的车？

在汽车小型化、轻量化发展进程中，轻质金属材料及复合材料等非金属材料在汽车车身制造中的应用渐成趋势。随之，异种材料连接、多层材料连接、不同几何连接、设计空间制约等多种因素，使得传统的材料连接方式已不再适用。当今汽车车身制造中，开始广泛使用胶粘这一先进连接技术，其具有诸多优势，如连接区域的应力分布均匀，良好的疲劳耐久性能，较低的固化温度可避免胶接构件的热变形破坏。

胶粘连接是一种使用胶黏剂连接两个或多个部件的表面连接技术。胶黏剂通常是由天然原料或合成高分子结构的材料为主组成的，可以在固化过程中发生物理化学变化，从而形成部件表面间的固定连接。胶黏剂的应用已有上千年的历史，我国是人类历史上使用胶黏剂最早的国家之一。古书如魏伯阳的《周易参同契》、贾思勰的《齐民要术》等都有关于胶黏剂的制造与使用方面的详细记载。

汽车用胶黏剂种类繁多，作用不一，有结构增强、隔热隔音、密封隔振、内外装饰件固定等。从应用的角度可分为结构胶与非结构胶。汽车中用于结构连接的结构胶，可以在各种高强金属间或金属与非金属间形成永久性的高强度连接，环氧树脂胶黏剂正是结构胶中的典型代表。

日常生活中，您对胶粘这种简捷的连接方式并不陌生。刚过去的春节里贴春联，平日寄快递贴地址单，甚至是修车师傅补胎时所用的方法。但是，这些柔弱的胶可不足以对付汽车这一钢铁之躯。胶黏剂在连接中需要保持其连接性能，使得结构与材料按预设计的方式承载与变形。下图献上我们胶粘实验室的镇屋之宝，展示了胶黏剂在与钢对抗中的强硬表现。

目前常用的结构胶黏剂，其密度略大于水，固化后屈服强度可达到30-40MPa，可不是您想象的可以随意掰动的。汽车制造中胶的生产工序也较为简单，与您平日使用胶黏剂时的过程并无太大差异。如果您足够细心，一定会在待粘接面擦拭除尘，然后涂胶，之后按压几下后静置，不久便获得良好的粘接性能。同样地，实际制造中，工程师会对车身部件粘接面进行除油等一系列表面处理工作，再应用专门的涂胶工具均匀涂布胶黏剂，之后粘接部件相对位置固定后进入固化阶段。与一般胶黏剂的常温固化不同，多数结构胶需要升温固化，而这并不意味着生产工序的增加及成本的提高。工程师完美地将固化工序融入烤漆工序，利用烤漆车间的高温环境完成固化进程，因此只需在烤漆工序前完成涂胶即可。

一位在汽车行业从业的朋友，曾开玩笑地说：你知道我负责汽车的什么吗？车标！这工作别提多轻松了，掉了顶多贴回去呗！

然而，对于在车身结构中具有承载作用的结构胶，对连接强度韧性和耐久性有着很高的要求。而这两个要求，也一直是困扰着这个领域的研究人员和工程师们的问题。

您如果学过材料力学，一定记得铸铁这种拉压强度不等的材料，因为材料力学老师一定会提醒您，校核结构的强度时要分3种情况。这种不对称性，在力学领域比比皆是。对于结构胶粘接头，其力学行为在拉伸和剪切状态下表现出截然不同的强度与韧性。因此，实际车身设计中，胶粘多用于实际受力以剪切为主的位置，以发挥胶黏剂在剪切状态下的优异性能。而研究人员也一直致力于拉伸状态下的性能改良研究。

关于耐久性这另一个重要性能，举个简单例子您就明白了。您家的春联，是不是过段时间就会从一角开始脱落并卷曲，并且会注意到泛黄的粘接面。同样地，在汽车长期使用后，粘接接头出现强度的下降，专业术语称为湿热老化。温度如海南和黑龙江，湿度如南方与北方，甚至水气中的含盐度如沿海与内陆，都是影响粘接接头性能的环境因素。有不少学者也在这一领域长期奋斗，揭示老化机理以提高实际使用的寿命。

胶粘方面的研究涉及多学科的交叉，胶黏剂本身的理化及材料性质、固化涉及的热学性质、应用设计中的力学知识等；而研究手段更是多样，力学及材料试验表征研究，有限元模拟研究，分子动力学模拟研究等多尺度的方式。各种各样的材料添加剂，激光技术，又会与车用胶粘连接有什么联系呢？

本文为本公众号上第一篇关于车用胶粘连接方面的小文章，更多研究与应用中的有趣内容，将再与读者交流讨论，敬请期待！

（部分图片来源于网络）

文 | 郭赛 清华大学汽车工程系博士生