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聚氨酯胶黏剂在汽车上的应用及研究进展

发布日期:2012-04-06

汽车与胶黏剂、密封胶密不可分,一辆好的汽车往往需要十几到几十公斤胶黏剂、密封胶。胶黏剂与密封胶解决了汽车的三漏问题,不仅起到增强汽车结构、隔热减振和内外装饰的作用,而且简化了汽车制造工艺,在汽车轻量化、节能降耗、延长使用寿命方面发挥越来越重要的作用。新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料,促进了汽车用胶黏剂和密封胶持续增长 ;汽车内饰件也是胶黏剂用量增长的一个领域。中国政府已经把汽车工业作为国民经济的支柱产业,我国汽车工业正处于快速增长期。据行内专家预测: 2001 2005年的第十个五年计划期间,汽车产量将增长10 %左右,2010 ,我国汽车保有量将达4750 万辆,年产量将达到600 万辆,其中轿车400 万辆,所用胶黏剂密封胶约1018 万吨。如此高的增长速度必然带动汽车工业用胶黏剂的发展。

在陆上运输用途上,期望胶黏剂在- 40 ℃100 ℃之间有良好的粘接性能,能耐水、耐盐雾、耐燃油和清洗剂,抗冲击和振动,寿命长。聚氨酯胶黏剂满足上述要求且有比环氧树脂胶黏剂更优良的韧性、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,因此聚氨酯胶黏剂已在美、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。

1  聚氨酯胶黏剂在汽车上的应用及研究进展

聚氨酯胶黏剂是以多异氰酸酯和聚酯或聚醚为主体材料的胶黏剂的总称。在分子结构中含有多个- NHCOO - NCO 的都称聚氨酯,它是多元异氰酸酯和多元醇相互作用的产物。聚氨酯胶黏剂40 年代在德国商品化,半个多世纪来逐渐开发和应用了多种类型的聚氨酯胶黏剂、密封胶,包括多异氰酸酯溶剂胶,反应型单、双组分溶剂胶,无溶剂反应型液体胶, 水分散型、热熔型及反应热熔型聚氨酯胶等。聚氨酯胶黏剂因其主体树脂分子中含有大量极性基团和活性反应基团,可对多种基材(如金属、塑料、木材、织物、玻璃等) 有极好的粘接性,并具有很高的反应性,能常温固化;使用不同原料配制的聚氨酯胶黏剂,由于其配比不同,可以得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶黏剂,能满足不同基材粘接和使用条件的要求。特别是聚氨酯胶黏剂还有一些特殊的优点,如极好的耐寒性、耐油性、耐磨性、柔韧性等,因此在国外应用发展很快。

汽车用胶黏剂密封胶种类很多,分类方法也各异。若按其粘接强度,可分为高强度结构胶、中强度的准结构胶和不要求强度的非结构胶及密封胶。按其用途主要分为5 大类:车身用胶,内饰件用胶,风挡玻璃密封胶,刹车蹄片和离合器片胶黏剂,结合面液态密封胶。下面按照聚氨酯胶黏剂的不同种类结合汽车胶黏剂密封胶的分类来概述其在汽车装配和维修过程中的应用及研究进展。

111  单组分湿固化聚氨酯挡风玻璃密封胶

单组分湿固化聚氨酯挡风玻璃密封胶是一种反应型密封胶,在其主体材料中含有端异氰酸酯基团,能在室温下与空气中的水分反应,形成高强度弹性体。采用直接粘接法进行轿车和高档客车挡风玻璃的装配,是现今汽车厂家普遍采用的一种先进技术。与传统的橡胶密封条固定玻璃的装配工艺相比,它具有固定强度高、密封性能好、外表美观等突出特点。单组分湿气固化聚氨酯挡风玻璃密封胶是直接粘接法最理想的胶黏剂,目前采用直接粘接法安装汽车玻璃几乎100 %采用这种胶黏剂。使用这种胶,可以把挡风玻璃设计成宽敞明亮的流线型,能将玻璃和车身紧密地结合为一个整体,增强车身刚性,保证密封效果,提高汽车安全性。

这种密封胶由美国Essex 化学公司于70 年代初期最先开发研制成功,并最早在美国通用汽车公司得到应用。它在先进的汽车生产国应用已经普及,日本、美国和德国在轿车挡风玻璃的安装中几乎全部采用湿固化聚氨酯密封胶直接涂布粘接,欧洲其它各国也普遍采用这种工艺,其特点是固化速度快、粘接强度高。现美国Essex 公司、日本Sunstar 公司和德国Sika 公司等均有生产,产品均为单组分湿固化型。这类密封胶适用于多孔性表面,对诸如玻璃、金属等非多孔性表面,需与底剂配合使用。最近,国外聚氨酯挡风玻璃密封胶已出现了无底剂型新产品,瑞士EMS - TOGO 公司的Togocollf 502 挡风玻璃胶已取消漆面底剂,使用中只需配备玻璃底剂,从而简化了操作工艺。预测全世界所用单组分湿固化聚氨酯密封胶的用量,每年将以15 %速度递增。

单组分湿固化聚氨酯挡风玻璃胶,要求对湿气敏感,固化速度快。固化后仍保持弹性,而且要求贮存稳定性好,是属于技术含量很高的胶种之一。在过去相当长的一段时间内,我国汽车制造业一直从国外进口聚氨酯挡风玻璃胶,直到八五期间,研制开发这种胶才被列入国家重点科技攻关项目。为此,国内相关单位积极开发研制,如长春汽车材料研究所与吉林省华祥实业公司合作研制的汽车挡风玻璃胶立足国内原料和设备条件,以聚醚多元醇和多异氰酸酯为原料,加入改性剂PB ,采用特殊的合成工艺,得到的产品主要技术指标到达国外公司同类产品水平,在国内属领先。山东化工厂从国外引进了该胶的生产技术,生产的AM - 140 单组分无溶剂聚氨酯挡风玻璃胶,性能与国外的同类产品相当,已经迅速占领了中国的客车市场。深圳奥博胶黏剂化工有限公司也研制成功了聚氨酯汽车挡风玻璃密封胶,1998 年夏通过部级鉴定。该产品采用国产原料,采取独特的合成配方和工艺,如采取了异氰酸酯的复合体系和聚醚多元醇的复合体系;引入嵌段、接枝共聚改性体和聚合歧化改性体;调入可形成互穿网络的BIB 高聚物及二元醇扩链剂等。其产品的物理机械性能和工艺性能达到德国大众(TL -VW52280) 标准。目前,奥博公司的3 种系列产品已开始在国内多家汽车厂得到应用。

尽管我国在单组分湿固化聚氨酯挡风玻璃胶的研究应用领域发展很快,但国内几家研究单位研制开发的产品在技术和质量上与国外尚有一定的差距,使用时需要配套的清洗剂、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。目前国内产品多用于高档客车,中国的轿车生产线还基本被国外同类产品占领着。我国的奥迪、切诺基、富康、小红旗、桑塔纳2000 型及夏利轿车均采用聚氨酯挡风玻璃胶来粘接前挡风玻璃、侧窗和后窗,以富康轿车为例,单车用量约112 kg。因此,进一步提高产品的性能,占领中国的轿车市场是当务之急。开发单组分湿固化瞬时定位型聚氨酯挡风玻璃胶应是下一步努力的方向,这种胶被认为是90 年代后期最先进的挡风玻璃胶。

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