汽车车门头道 PE 接角开裂问题优化

作者：曹良红，申雅密封件有限公司

车门头道密封条聚乙烯 PE 门密封条是一种将车门密封，使车门不容易打开，起到减震、防水、隔音、隔热、防尘、固定等作用的产品，车门密封条主要用于车门的固定、尘及密封。主要由具有良好弹性和抗压缩变形、耐老化、臭氧、化学作用、较宽的使用温度范围（-40～120℃）的三元乙丙橡胶（EPDM）橡胶发泡与密实复合而成。主要工艺有挤出、PE 接角。文章提到的头道密封条，是将截断的挤出条两端通过 PE 膜高温加热后完成对接，形成一个封闭的环形密封条。若头道密封条对接的结合力强度不足，消费者在长期开关门使用过程中，接角容易产生开裂甚至断裂，将影响密封条的防水、防风等密封性能。在项目前期开关门循环耐久测试中，接角发生开裂，存在较大风险。因此，为保证产品品质的稳定性，亟需寻找优化接角强度的方案。

1  头道密封条与车门工作状态的结构分析

车门头道密封条为一个密闭环形结构，如图 1 所示。

 

  头道挤出条材料有发泡胶和密实胶组成，发泡胶牌号为AES2060B，密实胶牌号为 AES155A，接角 PE 膜牌号为PEM1803，头道条生产工艺基本过程为 EPDM 原材料-挤出条-泡钉机定长-打孔-安装泡钉-接角-检查，使用全自动泡钉机，可实现连续自动冲切、打孔、安装泡钉全过程，自动冲切机将挤出条冲切成标准长度后，再将挤出条两端插入模具型腔内进行 PE 对接接角。

  

在整车开关门循环耐久实验中，四门头道接角处均有发生开裂，从开裂图片（图 2）分析来看，开裂部位均是从小唇边开始，产生撕裂缺口，进而引发整个接角断裂。结合产品结构特点，潜在的原因有两方面：一是头道条接角两端的定位泡钉间距偏下差，泡钉装入车身钣金孔之后，接角处于紧绷状态，会对接角产生分裂的拉力，从而引发开裂问题；二是头道条接角强度不足。针对以上两方面原因，我们设置了实验进行研究。关于长度问题，制作尺寸偏上公差的四门头道条，再次进行开关门循环耐久实验验证；针对接角强度不足的问题，通过实验室接角强度拉力实验分析。

2  实验构建

2.1 泡钉间距长度验证实验

   实验原理，取间距长度靠近上公差的头道条，并安装到车门，此时接角处于自然状态，接角不受拉伸力作用。再次进行开关门实验，如果接角不开裂，说明泡钉间距长短对开裂有直接影响；若仍有开裂现象，说明间距长度非根本原因。

2.1.1 实验设备

气缸、车门、拉力试验机设备型号为 YH-9000。

2.1.2 实验内容

  取四门头道条各 1 件，接角无开裂；另取同批次接角段 3 件，且测试接角强度合格（标准≥100N），如表 1；泡钉间距长度尺寸靠近上公差，如表 2。将所取零件装车门进行开关门试验，结束后再查看开裂情况。

2.1.3 实验方法

  将头道条装上车门后，机械手臂自动进行开关门实验，按照开关门实验要求，依次按四个不同条件实验：①常温 25°C，总计 26539 次；②高温 80°C，总计 4827 次；③温度 38°C，湿度 95%，总计 12066 次；④低温-30°C，总计4827 次；每个条件结束后检查角是否有开裂情况。①组实验完成后检查，发现 4 门接角小唇边位置均有开裂。

泡钉间距长度实验结论：开裂与泡钉间距长度不相关。

2.2 唇边强度拉力实验

2.2.1 实验设备

拉力试验机，设备型号为 YH-9000。

2.2.2 实验内容

  取与问题件相同生产批次的头道条 30 件，截取接角部位长度约 150～200mm，并编好序号 1-30，观察接角拉裂过程，以及拉力过程能力稳定性分析。经观察，接角先从小唇边处发生撕裂，继而整段拉断裂，与开关门实验不良现象一致。说明小唇边部位结合力较薄弱，是引发开裂的缺口。拉力数据如表 3，从数据分析看，均值 116.97N，2 件低于 100N，整体接角强度过程能力也不稳定，过程能力稳定指数要求 cpk≥1.33，实际 cpk=0.48，因此提升接角整体拉力强度及稳定性是主要研究的目标。

   接角强度实验结论：最开始从小唇边处撕裂（图 3），小唇边处胶料截面太小，结合力薄弱，容易撕裂；拉断的两截面的胶料表面整齐，几乎无撕裂痕迹。（图 4）

因此，从增大小唇边厚度入手，在设计范围内增加小唇边厚度 0.5mm，优化前后对比如图 5。

  

 为防止因压紧过紧引起接角后唇边变形，导致接角开裂，同步优化接角压紧工装，使压紧工装与唇边完美契合。优化完成后，取 30件零件评估接交角拉力强度，优化后均值由 117N 提升为126N，整体提升约 9N，过程能力 cpk=0.94，未达到 1.33 稳定水平，仍会有部分零件不满足要求的风险，须进一步优化。

2.3 注塑工艺参数实验

2.3.1 实验设备

接角设备 JV-PE200、拉力试验机 YH-9000、头道条。

2.3.2 实验内容

   结合强度受加热时间、PE 膜加热功率%、胶条功率%、加热灯光功率等综合影响，为找到最优的参数方案，列取了 22 组实验参数如表 4，每组试验取 5 件，接角完成后静置 2 小时后做拉力测试，并记录拉力测试数据，选取最优参数组合，再批量生产取 30 件评估过程能力指数 cpk 水平。

 

  从表 4 中可以获知第 19 组方案为最优参数组合，接角强度均值 256N，远大于规格要求的 100N。

 

  撕裂断面改善前及改善后状态对比，改善前两截面断开处齐整，结合面胶料无相互撕裂痕迹，结合不够牢固；改善后，两截面断开处胶料撕裂明显，结合牢固。（图 6）

   第二步，为了验证在该参数下过程能力的稳定性，每2 小时取 5 件产品，静止 2 小时后，测试拉力，收集时间从2022 年 12 月 12 日-2023 年 12 月 17 日，经计算 cpk=3.9，cpk≥1.33（图 7），过程能力稳定。

  

 参数实验数据解读分析：

①小唇边厚度对提升结合力的贡献度＜10%，非主要关键点；

②加热灯管功率起到决定性影响，500W 的灯管功率相对较低，只能通过其他 3 个参数优化，为了使得 PE 膜熔化效果更好，通过加大 PE 膜加热功率、胶条功率以及加热时间来实现，但 PE 膜会因加热时间过长，会引起 PE 膜边缘率先冷却，导致加热不均匀，熔合状态差结合力差；缩短加热时间，PE 膜有熔融不充分风险，结合力差。使用 500W 加热灯管最优参数组合是第 6 组，均值 135.47N，但 cpk=0.96，不够理想；

③800W 灯管功率足够，加热快均匀，同时降低了冷却不均的风险。为复核改善效果，于 2023 年 3 月重新进行了开关门循环耐久试验，最终通过完整耐久试验，无任何开裂。

3  结论

通过泡钉长度实验、唇边强度拉力实验、参数实验分析，得出以下结论：①符合设计公差的泡钉间距与开裂问题不相关；

②接角强度是影响开裂问题的关键因素；

③小唇边厚度对接角结合力影响较小，非关键因素；

④加热灯管功率对 PE 接角强度起到关键性影响，加热灯管型号由500W 功率改为 800W 后，改善效果显著，由改善前的均值117N 水平提升至 250N，提升显著。

此次优化影响深远，大幅提升了 PE 接角工艺能力水平，为后续项目提供了有效的解决方案和重要参考价值。