汽車(chē)用聚氨酯膠粘劑的常用品種及應(yīng)用
1 前言
汽車(chē)用膠粘劑/密封膠按應(yīng)用部位分類(lèi)，可分為汽車(chē)車(chē)身用膠、汽車(chē)內(nèi)飾用膠、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)底盤(pán)用膠、汽車(chē)零部件用膠、汽車(chē)制造工藝用膠五大類(lèi)。近幾年，我國(guó)聚氨酯膠粘劑年需求量以平均30%的速度增長(zhǎng)。
2 汽車(chē)用聚氨酯膠粘劑的常用品種及應(yīng)用
（1）汽車(chē)用PU膠粘劑的優(yōu)點(diǎn)是：
①在-40~+100℃內(nèi)有良好的粘接性能；
②由于韌性好，特別是低溫韌性好，具有優(yōu)良的耐沖擊振動(dòng)性，使用壽命長(zhǎng)；
③由于含有大量極性基團(tuán)和活性反應(yīng)基團(tuán)，對(duì)汽車(chē)使用的各種基材，如玻璃、塑料、金屬等表面光潔的材料和各種內(nèi)外飾材料及織物等，均有極好的粘接性能；
④調(diào)節(jié)PU膠的配方，可制成不同硬度和伸長(zhǎng)率的膠粘劑，其粘合層從柔性到剛性均可任意調(diào)整，滿(mǎn)足不同材料的粘接；
⑤PU膠可加熱固化，也可室溫固化，粘接工藝簡(jiǎn)便，操作性能良好。固化過(guò)程沒(méi)有副反應(yīng)產(chǎn)生，因此粘合層不易產(chǎn)生缺陷。
⑥PU膠具有良好的耐磨、耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品、耐臭氧以及耐細(xì)菌等性能。
汽車(chē)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展要求汽車(chē)構(gòu)件輕量化，因此大量采用塑料零部件，特別是高強(qiáng)度的FRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）和SMC（板材模塑復(fù)合材料），這些零部件需用PU結(jié)構(gòu)膠與密封膠進(jìn)行粘接裝配。隨著現(xiàn)代汽車(chē)車(chē)速的不斷提高，對(duì)車(chē)窗風(fēng)擋玻璃的安全性提高了要求，采用了風(fēng)擋玻璃的直接粘接工藝，大量使用單組分濕氣固化PU膠粘劑。為了改善PU膠環(huán)保性能，開(kāi)發(fā)了水基型PU膠粘劑和無(wú)溶劑PU結(jié)構(gòu)膠及反應(yīng)型PU熱熔膠等等。
（2）單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑
將汽車(chē)風(fēng)擋玻璃直接粘接到車(chē)體的工藝始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)。單組分濕氣固化PU膠粘劑最先由美國(guó)ESSEX化學(xué)公司在20世紀(jì)70年代初研制成功，并成功應(yīng)用于美國(guó)通用汽車(chē)， 1976年奧迪汽車(chē)公司也在奧迪C2車(chē)型上應(yīng)用。隨后日本及其他歐洲汽車(chē)廠(chǎng)家相繼采用風(fēng)擋玻璃的直接粘接工藝。由于施工簡(jiǎn)便并采用機(jī)械施膠，目前世界上95%以上風(fēng)擋玻璃及側(cè)窗玻璃的粘接采用這種膠粘劑。
單組分濕氣固化PU膠粘劑由于含有活潑的-NCO基團(tuán)，能與被粘面上或空氣中的微量水分發(fā)生反應(yīng)而固化。單組分濕氣固化PU風(fēng)擋玻璃膠要求對(duì)濕氣敏感，固化速度快，固化后又要保持優(yōu)良的彈性，而且要求為單包裝，貯存穩(wěn)定性好。它是汽車(chē)用膠中技術(shù)含量較高的產(chǎn)品，也是目前我國(guó)汽車(chē)用PU膠類(lèi)中用量較大的品種。
采用這種玻璃粘接密封工藝，能使風(fēng)擋玻璃和車(chē)身緊密地結(jié)合成一個(gè)整體，增加了車(chē)體剛性及抗扭曲能力，又保證了密封效果。美國(guó)聯(lián)邦汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)（ FMVSS）第212項(xiàng)規(guī)定，汽車(chē)以50km/h速度與混凝土墻壁沖撞時(shí)，風(fēng)擋玻璃的粘接完整率必須在75%以上。目前美、日、德、法等和我國(guó)在轎車(chē)風(fēng)擋玻璃的安裝中幾乎全部采用此工藝，同時(shí)在客車(chē)的風(fēng)擋和側(cè)窗玻璃也大多采用了粘接方法。
單組分PU膠的其他應(yīng)用例：如一汽的J5、 J6等系列卡車(chē)的原設(shè)計(jì)為平頂鋼板頂蓋，為適應(yīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸加裝臥鋪的需要改為高頂，并將頂蓋改為SMC材料，選用了單組分PU膠粘劑進(jìn)行粘接。還有小紅旗轎車(chē)的行李箱備胎槽也采用同樣粘接工藝。另外，一汽的小紅旗轎車(chē)和一汽大眾汽車(chē)公司生產(chǎn)“寶來(lái)”轎車(chē)等的頂棚均采用PU膠粘劑，使頂棚和頂蓋粘成一體，在增強(qiáng)頂蓋強(qiáng)度的同時(shí)，又達(dá)到了減震和降噪的目的。
單組分濕氣固化型PU膠粘劑適用于多孔性表面粘接，對(duì)玻璃和金屬等非孔性表面，通常需與玻璃活化劑、玻璃底膠、漆面底劑配合使用。為了確保風(fēng)擋玻璃與車(chē)體粘接性能可靠，在玻璃表面涂布底膠是必要的，它可提高PU膠粘劑在玻璃層上的粘接強(qiáng)度。
為了提高施膠速度和質(zhì)量，目前各大汽車(chē)公司均采用機(jī)械手自動(dòng)涂布單組分濕氣固化型PU膠粘劑。自動(dòng)涂膠系統(tǒng)由涂膠泵、計(jì)量裝置、機(jī)械手、涂膠槍和工作臺(tái)組成。為了保證涂膠量的穩(wěn)定性，通常采用帶有加熱系統(tǒng)的壓盤(pán)和輸膠管路。使用自動(dòng)涂膠系統(tǒng)要保證每次更換膠桶時(shí)排出空氣，防止出現(xiàn)氣泡，還要確保槍嘴的清潔，保證涂膠量準(zhǔn)確。
目前單組分PU膠已實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并在汽車(chē)行業(yè)得到部分應(yīng)用。但由于這種單組分PU膠使用時(shí)需要配套玻璃活化劑和漆面、玻璃底劑，才能保證足夠的粘接強(qiáng)度，而且固化速度較慢，裝配工藝繁瑣，為此又出現(xiàn)了不用涂活化劑、底劑和瞬時(shí)定位型風(fēng)擋玻璃膠。如在風(fēng)擋玻璃裝配時(shí)通過(guò)配備加熱涂布裝置，使微熱的膠料對(duì)被粘面立刻產(chǎn)生較高的初粘強(qiáng)度，保證了車(chē)窗玻璃的定位，然后逐步達(dá)到完全固化，從而解決了PU膠固化速度慢、需要夾具配合裝配的不便。
單組分濕氣固化PU風(fēng)擋玻璃膠粘劑正在應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的品種有:1）高模量型單組分PU玻璃膠粘劑； 2）高接觸粘性型單組分PU玻璃膠粘劑； 3）預(yù)涂單組分PU膠粘劑及工藝； 4）硅烷改性PU粘接密封劑； 5）低導(dǎo)電性單組分PU膠粘劑，用于防止引起鋁質(zhì)車(chē)體的腐蝕和對(duì)天線(xiàn)接收效果的不良影響。
（3）汽車(chē)內(nèi)飾件用水基PU膠粘劑
水基PU膠粘劑是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的膠粘劑，具有不燃、氣味小、不污染環(huán)境、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)。 20世紀(jì)80年代在國(guó)外首見(jiàn)應(yīng)用于皮革涂飾、織物整理和涂料等，直到90年代才逐漸在汽車(chē)內(nèi)飾件粘接上得到應(yīng)用。水基PU膠的固含量可以按用戶(hù)需要任意調(diào)整，黏度也能隨意調(diào)節(jié)。可以常溫固化，也可熱固化。現(xiàn)在水基PU膠粘劑已開(kāi)始用于汽車(chē)一些零部件的粘接，如汽車(chē)內(nèi)飾件PVC人造革、儀表板、擋泥板、門(mén)板、地氈和頂棚內(nèi)襯粘接等。還有如汽車(chē)頂棚用PVC薄膜復(fù)合聚氨酯泡沫或織物復(fù)合聚氨酯泡沫的軟質(zhì)頂棚等。
為了加速水基PU膠粘劑的應(yīng)用進(jìn)程，一汽長(zhǎng)春富奧---江森自控汽車(chē)飾件系統(tǒng)有限公司已投入巨資，從意大利引進(jìn)全套水基聚氨酯車(chē)頂棚內(nèi)襯膠粘劑及汽車(chē)頂棚制造設(shè)備及模具，現(xiàn)已具備了自主生產(chǎn)高質(zhì)量環(huán)保汽車(chē)頂棚的能力和為汽車(chē)行業(yè)配套豪華內(nèi)飾件的條件。
現(xiàn)在國(guó)外又在致力于水基PU膠降低成本、提高性能的研究工作。美國(guó)LeungPakT公司等開(kāi)發(fā)了適用于熱成型層壓工藝用的水基PU膠，其粘接強(qiáng)度和耐熱性能遠(yuǎn)高于目前常用的溶劑型或其他水基型膠種，用它粘接成型的外復(fù)PVC膜制品，可用于制造汽車(chē)儀表板、門(mén)板和其他內(nèi)飾件。日本還針對(duì)水基PU膠初粘力小的問(wèn)題，在水基PU膠中引入環(huán)氧樹(shù)脂，成功地研制出具有良好初粘性能的產(chǎn)品。
（4）雙組分PU結(jié)構(gòu)膠粘劑
結(jié)構(gòu)型膠粘劑是指應(yīng)用于受力結(jié)構(gòu)件粘接，能承受較大動(dòng)負(fù)荷、靜負(fù)荷，并能長(zhǎng)期使用的膠粘劑。用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)部件的PU膠粘劑一般是無(wú)溶劑雙組分PU膠粘劑。
現(xiàn)代汽車(chē)廣泛采用塑料、聚氨酯材料， PU膠粘劑是粘接塑料和聚氨酯材料的最好膠粘劑之一。 1967年美國(guó)Goodyear公司最先成功將雙組分PU膠用于載重汽車(chē)的SMC發(fā)動(dòng)機(jī)罩的粘接。隨后美國(guó)通用汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司等相繼用PU膠對(duì)大型載重卡車(chē)的SMC部件進(jìn)行粘接，接著又推廣到FRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）部件的粘接。同時(shí)在卡車(chē)上用于頂棚、車(chē)門(mén)、水箱支架、駕駛室頂蓋、車(chē)門(mén)板等部件的粘接均獲得成功。 1977年美國(guó)又采用聚氨酯系列膠粘劑用于轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、駕駛室頂蓋、車(chē)門(mén)板等零部件的粘接。隨后日本等國(guó)也相繼采用了這類(lèi)技術(shù)。
近幾年，上海康達(dá)化工有限公司致力于雙組分快速固化型PU密封膠的開(kāi)發(fā)研究。由于這種雙組分PU密封膠能快速固化，可以提高生產(chǎn)率。其強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能可按用戶(hù)要求調(diào)整設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足更高要求。可以預(yù)期這類(lèi)PU膠具有很好的應(yīng)用前景。
（5）反應(yīng)型PU熱熔膠粘劑
反應(yīng)型PU熱熔膠粘劑是在抑制化學(xué)反應(yīng)的條件下，加熱熔融成流體，以便于涂敷，冷卻后膠凝起到粘接作用，之后借助于存在空氣中或者被粘體表面的濕氣與之反應(yīng)、擴(kuò)鏈，生成具有高內(nèi)聚力的高分子聚合物，使粘合力、耐熱性等進(jìn)一步提高。這種反應(yīng)型PU熱熔膠是含有反應(yīng)性基團(tuán)的熱塑性樹(shù)脂膠粘劑，它的主體成分是端-NCO預(yù)聚體，配以與異氰酸酯基不反應(yīng)的熱塑性樹(shù)脂和增粘樹(shù)脂以及抗氧劑、催化劑、增塑劑、阻燃劑、防霉劑、填料等制成。反應(yīng)型PU熱熔膠主要在汽車(chē)頂棚、儀表板、行李箱蓋、側(cè)裝飾條以及車(chē)燈中得到應(yīng)用。此外，也可將其用于車(chē)門(mén)復(fù)合裝飾件、 PP、 ABS、聚碳酸酯車(chē)燈罩粘接固定、貨物箱箱板復(fù)合、車(chē)內(nèi)裝飾件粘接等。近年來(lái)，反應(yīng)型PU熱熔膠用于汽車(chē)風(fēng)擋玻璃直接粘接也有報(bào)道，但要達(dá)到單組分濕氣固化PU風(fēng)擋膠的性能尚有許多研究工作要做。
（6）聚氨酯型植絨膠
近年來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)多條靜電植絨生產(chǎn)線(xiàn)。在汽車(chē)上植絨膠主要用于各種不同基材面上植絨，如EPDM密封條、 PVC、 ABS、 PC、PP、金屬等材料。現(xiàn)在市場(chǎng)上靜電植絨膠粘劑采用丙烯酸酯膠粘劑類(lèi)較多，但粘合牢度較差，一般干濕擦牢度在2000~4000次左右，而采用聚氨酯類(lèi)靜電植絨膠粘劑干濕擦牢度一般在萬(wàn)次以上。 PU植絨膠可分為溶劑型和無(wú)溶劑型、單組分和雙組分型。
3 結(jié)束語(yǔ)
（ 1）單組分濕氣固化PU風(fēng)擋膠粘劑，急需開(kāi)發(fā)固化速度快、可紫外線(xiàn)固化和對(duì)濕度不敏感的聚氨酯風(fēng)擋玻璃膠粘劑以取代進(jìn)口。
（ 2）國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)尚未建立汽車(chē)膠粘劑/密封膠材料性能標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)用試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，既影響了汽車(chē)膠粘劑/密封膠在汽車(chē)行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)程，也制約了汽車(chē)用膠研制和生產(chǎn)單位的規(guī)范和發(fā)展，難以建立完善的質(zhì)量保證體系。
（3）由于我國(guó)對(duì)汽車(chē)工業(yè)用膠還沒(méi)有制定嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，加上汽車(chē)廠(chǎng)家出于對(duì)成本的考慮，環(huán)保汽車(chē)用膠的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用還未得到高度重視，存在環(huán)境污染的溶劑型膠粘劑在汽車(chē)行業(yè)仍有使用。
（4）滿(mǎn)足一般使用要求的通用型汽車(chē)膠產(chǎn)品較多，而用于特殊需要的高技術(shù)含量、性能高的產(chǎn)品比較少。自主創(chuàng)新能力較弱，研發(fā)能力有待進(jìn)一步提高。更多聚氨酯濾芯膠請(qǐng)?jiān)L問(wèn)s1l6e.cn
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