汽車A柱外飾黑膜的產品工藝設計及其施工方法研究

冉明浩，張思洋，劉曉煒，劉可人，陳威涯

汽車A柱外飾黑膜的產品工藝設計及其施工方法研究

冉明浩，張思洋，劉曉煒，劉可人，陳威涯

（上汽通用汽車有限公司，上海 201208）

文章先后從車身設計和生產制造這兩個階段分析了A柱黑膜工藝的影響因素。在車身設計方面，介紹了如何通過A柱區域的合理結構設計來降低黑膜工藝的實現難度，并總結了黑膜工裝孔的預留和選用原則。在貼膜施工方面，分別介紹了車身底材狀態、貼膜步驟和手法以及過程溫度控制對黑膜質量的影響。

黑膜；A柱外飾膜；車身設計；貼膜操作

引言

隨著乘用車市場的競爭愈發激烈，汽車產品外觀造型的比拼也趨于白熱化，不少汽車品牌都試圖采用前衛的“懸浮車頂”設計吸引客戶眼球，提高產品競爭力。要實現“懸浮車頂”的獨特視覺效果，常用的方法就是將車門窗框、A柱甚至C柱設計成黑色，使前擋風玻璃和車門玻璃等在視覺上連成一體，與安裝黑色塑料外飾板相似，張貼黑膜也是一種常見的將車門窗框或A柱“變黑”的手段。如今，世界各地許多汽車公司及汽車品牌都開始了黑膜工藝的嘗試和探索并在實踐中積累了一定的經驗。

目前常見的汽車外飾黑膜從外觀和紋理上區分主要有高亮膜、啞光膜和皮紋膜三類，材料以PVC或PU為主，具有良好的耐候性、耐臟污性和一定的耐刮擦性能。黑膜背面的壓敏膠粘層設計有導氣槽，便于張貼時黑膜和底材中殘留空氣的排出，黑膜良好的延展性使其能夠緊貼具有一定弧度的外形面，不過，由于車體結構、貼膜工裝、人員操作等原因，黑膜的質量控制并非輕而易舉，相反，各類黑膜缺陷一直是工程師們所面臨的棘手問題，尤其是面積較大的A柱黑膜。因此，本文就車身設計和貼膜施工對A柱黑膜的影響進行了分析，并提出了相應的解決方案。

1 車身設計對貼膜的影響

良好的車身造型設計和結構設計是黑膜工藝成功的關鍵與前提，在項目前期就充分考慮黑膜工藝的制造要求將會大大減少黑膜缺陷并提高操作便利性，下文將具體闡述車身設計對貼膜的影響。

1.1 A柱上下兩端車體造型和結構設計

A柱上端通常情況下為連貫的弧面，但是對于有A柱黑膜造型設計的車型來說，在黑膜上邊緣設計一條與之齊平的鈑金造型線將會是一個更佳的選擇，這種設計一方面能夠使油漆和黑膜的表面材質變化變得更加自然，另一方面也能為黑膜的張貼提供直觀的定位參考線。

對于A柱下端，通?？刹捎脙深愒O計方案。第一類是在A柱下端安裝塑料飾件，使黑膜的下端邊緣隱藏在塑料飾件背面。這種設計不僅使貼膜操作變得簡單，也有利于貼膜質量的控制，具體來說，我們通常對A柱黑膜的上端有較高的定位要求，以使黑膜上邊緣與鈑金造型線之間的距離控制在很小的范圍內，因此黑膜預貼定位時一般將預貼面選在靠近A柱上端的位置，然后用工具自上而下刮壓黑膜完成張貼，由于黑膜本身具有一定的延展性，在刮壓過程中會導致黑膜受力拉長，導致黑膜的下邊緣位置難以精確控制，通常黑膜下邊緣沿A柱方向上有±1.5mm的位置公差，如果A柱黑膜的下端隱藏在塑料飾件的背面，那么就無需設法精確控制黑膜下邊緣的位置與外觀，制造的便利性將大為提高。實際上，許多A柱貼黑膜的車型都采用了上端有造型線、下端有塑料外飾件的設計，如圖1所示。

圖1 A柱下端第一類設計案例

A柱下端的第二類設計就是將A柱黑膜的下邊緣延伸至前翼子板或前蓋的下方，如圖2所示。相比前文所述的安裝塑料外飾件方案，第二類設計對貼膜操作往往有更高的要求，A柱黑膜下端必須延伸至前翼子板或前蓋下方一定的距離以避免顧客從縫隙中輕易觀察到底漆顏色，這就要求貼膜員工在A柱與翼子板/前蓋的狹小縫隙中進行貼膜操作并且能夠對黑膜施加足夠的按壓力以使黑膜的壓敏膠發揮功效。因此在車身結構設計時應充分考慮A柱下端貼膜的可行性，若A柱與翼子板/前蓋的縫隙過小，會導致貼膜操作難度增大，通常認為A柱與翼子板/前蓋的縫隙應大于3mm，在A柱下端延伸至前蓋下方的情況下，即使能夠通過在黑膜預貼完成并卸下工裝后打開前蓋實施A柱下端的貼膜操作來改善操作空間，但這也將消耗大量的工時。而若縫隙過大，盡管貼膜操作空間得到了改善，但同時意味著需將黑膜貼得更深以避免底漆顏色外露的情況。因此在設計時需要進行綜合考量并通過模擬驗證找到縫隙大小與貼膜深度的平衡點，值得注意的是，貼膜深度的評估不僅要考慮工具的可達性，還需考慮黑膜與環境件的粘連風險，如圖3所示，A柱下端過長的黑膜極易與翼子板翻邊發生粘連而使貼膜變得困難。

圖2 A柱下端第二類設計案例

圖3 黑膜與翼子板翻邊粘連示意圖

1.2 A柱/前風擋區域設計

A柱與前風擋縫隙區域的黑膜設計也是工程師們非常關注的問題。在前擋風玻璃邊緣有橡膠密封條的情況下，A柱黑膜的設計與施工會變得非常簡單，僅需將黑膜貼到A柱靠近前風擋一側立面的下部位置就能使黑膜邊緣隱藏于密封條之下，如圖4所示，對于黑膜工藝這是一種推薦的設計。

圖4 帶前擋風玻璃密封條的車體設計

對于沒有前風擋密封條的車型，黑膜在此處的設計與施工將會面臨許多問題。為了消除A柱與前風擋縫隙中底漆顏色外露的風險，黑膜需要延伸至前擋風玻璃膠的安裝面，這就意味著施工時必須將黑膜貼過圓角，而這對于貼膜操作來說是一種高風險操作，處理不當會在圓角處產生鼓泡的缺陷，同時貼膜所需的工時也會大幅提高。一般來說黑膜貼得越深，貼膜困難程度就越大，產生質量缺陷的概率也越大，為了在底漆顏色不外露的前提下改善貼膜的實施性，需要在項目前期對A柱造型進行優化設計，如圖5(a)所示，陡峭的A柱側立面能夠使顧客難以觀察到A柱/前風擋縫隙深處，黑膜也就不必張貼超過圓角很長距離，反之，較平緩的A柱側立面意味著視線能夠到達縫隙深處，甚至非常接近前檔玻璃膠的邊緣，如圖5(b)所示，這種情況下就要求黑膜的邊緣也要盡可能貼近玻璃膠（擠壓變形后）的邊緣，存在黑膜與玻璃膠干涉的風險，對于生產控制十分不利。

圖5 A柱造型與視野極限的關系示意圖

1.3 工裝孔的預留和選用

由于A柱黑膜面積大、長度長并且有嚴格的張貼位置要求，因此需借助特殊的工裝來進行貼膜操作，實現黑膜的準確定位。A柱黑膜工裝的設計多種多樣，但其使用原理與步驟大致相同，首先是將黑膜固定在工裝之上，并通過黑膜兩端的定位孔與工裝上的定位銷的配合等手段來確保黑膜相對工裝有準確的位置，然后將帶黑膜的工裝安裝至車身，從而實現黑膜與車身A柱的準確定位，因此，如何保證工裝與車身的精準定位直接影響了最終黑膜在A柱上的定位準確程度。在黑膜工裝設計過程中一般會在A柱的上下兩端尋找合適的特征結構，如圖6所示，可供選擇的特征結構通常包括：

A、A柱下端側圍上的特征孔

B、前門后視鏡區域的特征孔

C、前翼子板靠近A柱區域的特征孔

D、前擋風玻璃定位孔

E、車頂行李架/飾條的安裝孔或螺柱

圖6 A柱上下兩端特征結構示意圖

各車型由于造型和布置的差異（例如外后視鏡的設計位置、有無車頂行李架等）會有不同的車身結構，黑膜工裝定位孔的選擇也不盡相同。對于A柱下端，從提高定位精度的角度出發，與A柱同處于一個側圍零件的A類定位孔是最佳的選擇，而車門和翼子板是通過螺接安裝在車身上的，其本身存在一定的位置公差，因此B類和C類定位孔的定位精度往往不如A類孔。對于A柱上端，前擋風玻璃定位用的D孔和車頂行李架/飾條的E類安裝孔一般都有很好的位置精度，這對于A柱黑膜上端的定位是有十分有利的。當選用前擋風玻璃定位孔D孔作為黑膜工裝的上定位孔時，需注意左右兩側的定位孔形狀是否相同，若出現一側為圓孔另一側為腰孔的情況，左右兩副黑膜工裝的定位銷應設計成對應的形狀以達到最佳的定位效果。實際上，在黑膜工裝定位孔的選擇過程中還需綜合考慮多種因素，包括定位孔本身的尺寸精度和上下定位孔相對位置的穩定性等等，避免在實車貼膜過程中出現黑膜工裝難以同時卡入上下兩端定位孔的問題。此外，若出現A柱上端無法找到合適的定位孔的情況，則可以考慮通過側圍和車頂的特征結構來實現工裝上端定位（如圖7所示），或者將工裝架置在車門橫梁上，通過確定三角形工裝的一條邊來實現對角的A柱上端定位（如圖8所示），不過這種工裝設計對車門的尺寸及安裝精度有很高的要求，黑膜定位難度相對較大。

圖7 車頂和側圍特征結構作為工裝定位點的案例及示意圖

圖8 借助車門橫梁實現定位的黑膜工裝案例

2 施工環節對貼膜質量的影響

A柱貼膜最終的效果和質量不僅與前文所述的車體結構有關，在很大程度上也與貼膜施工的過程有著十分緊密的聯系。良好的車身底材狀態、合理的施工步驟和手法以及全面的溫度控制對減少黑膜缺陷數量有著至關重要的貢獻，下文將具體闡述貼膜施工過程中幾個不容忽視的要點。

2.1 車身底材狀態

圖9 底材橘皮對貼膜后橘皮的影響關系圖

潔凈、平整、光滑的車身底材是黑膜質量控制的前提，底材上的油污、打拋灰和殘留拋光液等都會影響黑膜的粘貼力，嚴重時可能出現黑膜起翹、鼓泡甚至剝離的情況。除此以外，底材表面的灰粒、顆粒缺陷也必須在貼膜之前處理完畢，否則這些底材上的凸起將直接導致黑膜表面形成更大的凸起，這種缺陷在高亮黑膜上將會特別顯著，有研究表明，在使用高亮黑膜的情況下，底材漆膜上的灰塵顆粒直徑應小于0.2mm[1]。另外，底材漆膜的光滑程度也對高亮黑膜的外觀目視效果有著一定的影響，如圖9所示，總體而言高亮黑膜張貼完成后的表面橘皮R值隨著底材R值的提高而提高，但由于高亮黑膜材料本身表面也有一定的橘皮（平均R值為7.8），所以即使通過打拋等手段將底材漆膜的R值做得很高，貼膜后的橘皮也不會超過黑膜本身的橘皮，因此若要提高A柱黑膜成品的外觀目視效果，應同時對車身底材和黑膜材料的橘皮進行控制并且詳細研究長短波的配合及影響。

2.2 貼膜步驟及手法

黑膜的膠粘層大多為丙烯酸類壓敏膠，并且膠粘層中設計有縱橫交錯的導氣槽，張貼時對黑膜施加一定的壓力，使膠水與底材漆膜充分接觸，同時將黑膜與底材之間的空氣排出，導氣槽封閉。因此，在A柱黑膜預貼定位完成并取下工裝后，還需用軟質刮板沿著A柱方向將黑膜大面壓緊貼實，然后依次張貼A柱兩側圓角部分以及圓角以外的小面，將黑膜與底材之間的空氣從粘貼面的中間區域逐漸往外側驅趕并最終完全排盡殘留空氣。如果貼膜時施加的壓力過小或者有部分區域沒有按壓，粘貼面中殘留的極薄的一層空氣會隨著黑膜膠水的分子運動而逐漸聚集在一起，從而出現張貼完成時黑膜沒有鼓泡但經過一段時間后出現鼓泡的現象。

2.3 過程溫度控制

張貼時黑膜與底材漆膜的粘結力為初始粘結力，完成后其粘結強度會隨著時間逐漸增大，在72小時左右達到最終粘結力[2]，而這一過程與溫度密切相關，隨著溫度的升高，膠水分子運動速度加快，黑膜的初始粘結力提高，達到終粘力所需的時間也相應縮短。在A柱黑膜的張貼過程中，一個合理的初始粘結力既有利于貼膜操作又有利于質量控制，一般要求貼膜的溫度在25±5℃范圍內，此時黑膜的初粘力約為350N/m。如果溫度過低，黑膜的初粘力下降，則容易出現黑膜邊緣起翹的情況；反之，如果溫度過高，則黑膜容易軟化變形，對于延展性較好的皮紋膜這個問題最為顯著，往往會出現黑膜在工裝上松弛下榻的情況，給貼膜操作造成困難，同時也會使黑膜的上下邊界和一些防皺切口偏離目標位置，影響A柱黑膜成品質量。值得注意的是，貼膜過程溫度的控制不僅包括貼膜工作室體的環境溫度和黑膜原料的溫度控制，也應包括車體的溫度控制，而且車體溫度的高低對黑膜達到終粘力所需的時間長短也有著直接的影響，倘若總裝車間需在A柱黑膜下端安裝塑料飾件并且安裝過程中會對黑膜產生橫向剪切力的話，過低的黑膜粘結力會導致塑料飾件附近的黑膜與底材漆面發生滑移，從而產生黑膜起皺的缺陷。因此，車間應根據現場硬件條件和氣候條件等實際情況選擇有效的溫度控制方式，對室體溫度、黑膜溫度及車體溫度進行控制以滿足黑膜工藝的要求。

3 結論

A柱黑膜工藝的實現貫穿了整個設計和制造過程。在設計階段建議采用A柱上端有造型線、下端有覆蓋件并且前擋風玻璃有密封條的設計來提高A柱黑膜的操作便利性，同時應在車身上選擇尺寸及位置精度較高的工藝孔作為黑膜工裝的安裝孔。在制造階段，首先應對A柱底材漆面的潔凈、平整和光滑程度進行控制；然后應仔細規劃貼膜操作的步驟和手法，從中間向四周逐步壓實黑膜以使空氣排盡；此外還需對室體溫度、黑膜溫度及車體溫度進行控制以保證黑膜質量。

[1] 郝松,華云,李克涵.汽車車身粘貼高亮黑膜的工藝設計及實施[J]. 技術與經驗交流,2018,21(7):20~22.

[2] 黃遠發.汽車裝飾黑膜起皺機理和對策[J].現代涂裝,2018,21(8):43 ~48.

Study of process design and operation method of vehicle’s A-pillardecoration black film

Ran Minghao, Zhang Siyang, Liu Xiaowei, Liu Keren, Chen Weiya

（SAIC General Motors Corporation Limited, Shanghai 201208）

In this article, the impact factor of A-pillar black film process was analyzed at design phase and launch phase. In terms of car body design, we introduced how to design a reasonable A-pillar structure to make black film easier to realize; we summarized the selection principle of holes for the black film tool. From manufacturing aspect, the impact of substrate status, operation methods and temperature control to the black film quality were also introduced.

black film; A-pillar exterior decoration film; car body design; stick operation

U466

A

1671-7988(2019)14-189-04

U466

A

1671-7988(2019)14-189-04

冉明浩（1987-），男，碩士，工程師，就職于上汽通用汽車有限公司。主要從事汽車涂裝同步工程分析和涂裝工藝規劃工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.061