近几年，轻质金属、复合材料和塑料等新材料在汽车上的应用使得汽车用胶粘剂和密封胶用量也持续增长，其中汽车内饰件是胶粘剂用量迅速增长的一个领域。另外，近年来，汽车上采用轻质高强度的工程塑料代替钢板的技术发展很快，特别是玻璃纤维增强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC)被广泛应用于汽车上。FRP、SMC制造的车身面板和外装件(如身顶篷、座舱顶盖等)在美国、欧洲和日本相继广泛采用。但FRP、SMC不能使用传统的焊接技术与车身构架组装，必须采用粘接技术。
随着我国汽车工业的快速发展,汽车用胶粘剂和密封胶的市场需求日益加大。新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料,造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长[1,2],汽车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。目前我国轿车每辆用胶约20ｋｇ,中型车16ｋｇ,重型车约22ｋｇ。预计2010年,我国汽车工业对各种类型的胶粘剂和密封胶的总需求量将达到10万ｔ,其中聚氨酯胶为1480ｔ。按照胶粘剂的基础材料来分类可分为聚氯乙烯胶、沥青底涂胶、氯丁胶、丁基胶、丁苯胶、聚氨酯胶、环氧胶、丙烯酸酯胶等。聚氨酯胶粘剂有比环氧树脂胶粘剂更优良的韧性、室温固化性和对塑料件更好的粘接性,它的粘接强度高,耐冲击和耐化学品性能好,粘接材料范围广,在汽车等运动工具上的适应性更好。因此聚氨酯胶粘剂已在美、日等国汽车制造中获得了广泛的应用,成为汽车用主要胶种之一。
汽车用PU胶粘剂的优点是:
①在-40~+100℃内有良好的粘接性能;
②由于韧性好,特别是低温韧性好,具有优良的耐冲击振动性,使用寿命长;
③由于含有大量极性基团和活性反应基团,对汽车使用的各种基材,如玻璃、塑料、金属等表面光洁的材料和各种内外饰材料及织物等,均有极好的粘接性能;
④调节PU胶的配方,可制成不同硬度和伸长率的胶粘剂,其粘合层从柔性到刚性均可任意调整,满足不同材料的粘接;
⑤PU胶可加热固化,也可室温固化,粘接工艺简便,操作性能良好。固化过程没有副反应产生,因此粘合层不易产生缺陷。
⑥PU胶具有良好的耐磨、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧以及耐细菌等性能。
由于聚氨酯胶粘剂中含有强极性、高活泼性的异氰酸酯基团和氨酯基，与含有活泼氢的材料具有良好的化学粘接力，如泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料以及玻璃、金属、橡胶、塑料等表面光洁的材料。聚氨酯与被粘材料之间的氢键作用使分子内作用力增强，使得粘接更加牢固。通过调节固化后分子中软、硬链段的比例和结构，可获得不同硬度和伸长率的胶粘剂。其粘合层从柔性到刚性可任意调节。同时聚氨酯胶粘剂既可以加热固化，也可以室温固化。粘接工艺简便，操作性能优良，固化后的聚氨酯胶粘剂强度高，耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧性能良好。因此，在建筑、工业、汽车等国民经济各领域有着广泛的应用。
聚氨酯胶粘剂在汽车上的应用：
风窗玻璃胶：将汽车风挡玻璃直接粘接到车体的工艺始于20世纪60年代的美国。单组分湿气固化PU胶粘剂最先由美国ESSEX化学公司在20世纪70年代初研制成功,并成功应用于美国通用汽车,1976年奥迪汽车公司也在奥迪C2车型上应用。随后日本及其他欧洲汽车厂家相继采用风挡玻璃的直接粘接工艺。由于施工简便并采用机械施胶,目前世界上95%以上风挡玻璃及侧窗玻璃的粘接采用这种胶粘剂。
单组分湿气固化PU胶粘剂由于含有活泼的-NCO基团,能与被粘面上或空气中的微量水分发生反应而固化。单组分湿气固化PU风挡玻璃胶要求对湿气敏感,固化速度快,固化后又要保持优良的弹性,而且要求为单包装,贮存稳定性好。它是汽车用胶中技术含量较高的产品,也是目前我国汽车用PU胶类中用量较大的品种。
采用这种玻璃粘接密封工艺,能使风挡玻璃和车身紧密地结合成一个整体,增加了车体刚性及抗扭曲能力,又保证了密封效果。美国联邦汽车安全标准(FMVSS)第212项规定,汽车以50km/h速度与混凝土墙壁冲撞时,风挡玻璃的粘接完整率必须在75%以上。目前美、日、德、法等和我国在轿车风挡玻璃的安装中几乎全部采用此工艺,同时在客车的风挡和侧窗玻璃也大多采用了粘接方法。
单组分PU胶的其他应用例:如一汽的J5、J6等系列卡车的原设计为平顶钢板顶盖,为适应长途运输加装卧铺的需要改为高顶,并将顶盖改为SMC材料,选用了单组分PU胶粘剂进行粘接。还有小红旗轿车的行李箱备胎槽也采用同样粘接工艺。另外,一汽的小红旗轿车和一汽大众汽车公司生产“宝来”轿车等的顶棚均采用PU胶粘剂,使顶棚和顶盖粘成一体,在增强顶盖强度的同时,又达到了减震和降噪的目的。
单组分湿气固化型PU胶粘剂适用于多孔性表面粘接,对玻璃和金属等非孔性表面,通常需与玻璃活化剂、玻璃底胶、漆面底剂配合使用。为了确保风挡玻璃与车体粘接性能可靠,在玻璃表面涂布底胶是必要的,它可提高PU胶粘剂在玻璃层上的粘接强度。
为了提高施胶速度和质量,目前各大汽车公司均采用机械手自动涂布单组分湿气固化型PU胶粘剂。自动涂胶系统由涂胶泵、计量装置、机械手、涂胶枪和工作台组成。为了保证涂胶量的稳定性,通常采用带有加热系统的压盘和输胶管路。使用自动涂胶系统要保证每次更换胶桶时排出空气,防止出现气泡,还要确保枪嘴的清洁,保证涂胶量准确。
目前单组分PU胶已实现了国产化,并在汽车行业得到部分应用。但由于这种单组分PU胶使用时需要配套玻璃活化剂和漆面、玻璃底剂,才能保证足够的粘接强度,而且固化速度较慢,装配工艺繁琐,为此又出现了不用涂活化剂、底剂和瞬时定位型风挡玻璃胶。如在风挡玻璃装配时通过配备加热涂布装置,使微热的胶料对被粘面立刻产生较高的初粘强度,保证了车窗玻璃的定位,然后逐步达到完全固化,从而解决了PU胶固化速度慢、需要夹具配合装配的不便。
单组分湿气固化PU风挡玻璃胶粘剂正在应用和开发的品种有:1)高模量型单组分PU玻璃胶粘剂;2)高接触粘性型单组分PU玻璃胶粘剂;3)预涂单组分PU胶粘剂及工艺;4)硅烷改性PU粘接密封剂;5)低导电性单组分PU胶粘剂,用于防止引起铝质车体的腐蚀和对天线接收效果的不良影响。
滤芯胶：滤芯胶是指汽车滤芯器用胶，上世纪70年代开始，纸质滤芯滤清器开始在汽车工业大量使用，促使滤芯胶粘剂产业得到了很快发展。目前我国滤清器使用的胶粘剂年需求量已达到万吨以上。滤芯胶多用双组分聚氨酯胶粘剂。胶粘剂质量的好坏，直接影响滤芯器产品的质量和使用寿命。作为滤清器生产专业厂家，十分重视对胶粘剂的选择，并根据胶粘剂的特性制定合理的粘接工艺，提高产品质量，促进经济效益的增长
空气滤清器滤芯用胶粘剂为常温固化双组分聚氨酯胶粘剂，具有操作工艺简单、常温固化、无毒或低毒、快干。使用时不受气候和环境的影响等特点。
双组分PU结构胶粘剂
结构型胶粘剂是指应用于受力结构件粘接,能承受较大动负荷、静负荷,并能长期使用的胶粘剂。用于汽车结构部件的PU胶粘剂一般是无溶剂双组分PU胶粘剂,其组成见表1。
现代汽车广泛采用塑料、聚氨酯材料,PU胶粘剂是粘接塑料和聚氨酯材料的最好胶粘剂之一。1967年美国Goodyear公司最先成功将双组分PU胶用于载重汽车的SMC发动机罩的粘接。随后美国通用汽车公司、福特汽车公司等相继用PU胶对大型载重卡车的SMC部件进行粘接,接着又推广到FRP(玻璃纤维增强塑料)部件的粘接。同时在卡车上用于顶棚、车门、水箱支架、驾驶室顶盖、车门板等部件的粘接均获得成功。1977年美国又采用聚氨酯系列胶粘剂用于轿车的发动机盖、驾驶室顶盖、车门板等零部件的粘接。随后日本等国也相继采用了这类技术。
聚氨酯型植绒胶
近年来,我国从国外引进多条静电植绒生产线。在汽车上植绒胶主要用于各种不同基材面上植绒,如EPDM密封条、PVC、ABS、PC、PP、金属等材料。现在市场上静电植绒胶粘剂采用丙烯酸酯胶粘剂类较多,但粘合牢度较差,一般干湿擦牢度在2000~4000次左右,而采用聚氨酯类静电植绒胶粘剂干湿擦牢度一般在万次以上。PU植绒胶可分为溶剂型和无溶剂型、单组分和双组分型。
汽车内饰胶：内饰胶是指汽车顶棚、地板、地毯、仪表板、门板等内饰件的粘结，多采用水性聚氨酯胶粘剂。汽车内饰用泡沫背衬乙烯基塑料、织物与纤维板和其它硬质基材的粘接，过去一直使用溶剂型胶粘剂，随着环保法规的健全以及人们环保意识的增强，溶剂型汽车胶粘剂将会逐渐被环保型胶粘剂，如水基胶粘剂所取代，尤其是水基汽车内饰胶的推广应用势在必行。随着新型汽车塑料部件的用量增加以及汽车内饰胶的不断水性化，水基胶粘剂在汽车上的用量将会不断增加，西欧、日本等先进的汽车生产国水基聚氨酯胶粘剂每年以8％~10％的速率增长，美国水基胶粘剂占总量的60％，日本的汽车内饰胶几乎全部实现水性化。我国目前已跃居为世界汽车生产大国，汽车内饰胶占到汽车胶总量的20％以上，如果内饰胶全部实现水性化，产量和经济效益将非常可观。
与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，水性聚氨酯胶粘剂具有以下特点：粘度不随聚合物分子量的改变有明显差异，因而，可使聚合物高分子量化以提高其内聚强度；而溶剂型的粘度则随聚合物分子量的增高呈指数关系上升，交联时易产生凝胶。易与其他树脂或颜料混合以改进性能、降低成本。在相同固含量下，水性胶粘剂的粘度一般比溶剂型的低，当分散体粒径较小时，水性胶粘剂的粘度增大，而溶剂型的粘度随固含量增大而急剧上升。容易调配配方，易于清理。不燃、无毒，适用于易被有机溶剂浸蚀的基材。但干燥过程比溶剂型慢，耗能较大，初粘性比溶剂型差。
水性聚氨酯也是在90年代才逐渐在汽车内饰中应用。目前，各国正在进一步致力于水性聚氨酯胶粘剂降低成本，提高性能的研究工作。美国Leung、PakT等开发适用于热成型层压工艺的水性聚氨酯胶，粘接强度和耐热性远高于目前使用的溶剂型或其它水基胶所粘接成型的外覆PVC膜的制品可用于汽车仪表板、门板以及其它内饰件。日本针对初粘力小的问题，在聚氨酯结构中引入环氧树脂，成功研制出具有良好初粘性的产品。
由于水性聚氨酯胶粘剂才刚刚被市场认识和接受，而且还存在许多问题，如品种单一，功能性不强等。溶剂型聚氨酯胶粘剂目前以致在今后的一段时间内还将占有相当大的市场份额。今后的研究应在降低成本、水性聚氨酯的相关助剂、实现水性聚氨酯的系列化以及功能化、加强和完善对水性聚氨酯的理论和机理等方面加大研究力度。
反应型PU热熔胶粘剂
反应型PU热熔胶粘剂是在抑制化学反应的条件下,加热熔融成流体,以便于涂敷,冷却后胶凝起到粘接作用,之后借助于存在空气中或者被粘体表面的湿气与之反应、扩链,生成具有高内聚力的高分子聚合物,使粘合力、耐热性等进一步提高。这种反应型PU热熔胶是含有反应性基团的热塑性树脂胶粘剂,它的主体成分是端-NCO预聚体,配以与异氰酸酯基不反应的热塑性树脂和增粘树脂以及抗氧剂、催化剂、增塑剂、阻燃剂、防霉剂、填料等制成。反应型PU热熔胶主要在汽车顶棚、仪表板、行李箱盖、侧装饰条以及车灯中得到应用。此外,也可将其用于车门复合装饰件、PP、ABS、聚碳酸酯车灯罩粘接固定、货物箱箱板复合、车内装饰件粘接等。近年来,反应型PU热熔胶用于汽车风挡玻璃直接粘接也有报道,但要达到单组分湿气固化PU风挡胶的性能尚有许多研究工作要做。
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