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近幾年，輕質(zhì)金屬、復(fù)合材料和塑料等新材料在汽車上的應(yīng)用使得汽車用聚氨酯膠粘劑和密封膠用量也持續(xù)增長(zhǎng)，其中汽車內(nèi)飾件是膠粘劑用量迅速增長(zhǎng)的一個(gè)領(lǐng)域。另外，近年來，汽車上采用輕質(zhì)高強(qiáng)度的工程塑料代替鋼板的技術(shù)發(fā)展很快，特別是玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)和片狀模塑復(fù)合材料(SMC)被廣泛應(yīng)用于汽車上。FRP、SMC制造的車身面板和外裝件(如身頂篷、座艙頂蓋等)在美國(guó)、歐洲和日本相繼廣泛采用，但FRP、SMC不能使用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)與車身構(gòu)架組裝，必須采用粘接技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每輛轎車用膠約20kg，中型車約16kg，重型車約22kg。目前我國(guó)汽車工業(yè)對(duì)各種類型的膠粘劑和密封膠的年總需求量達(dá)到10萬t，其中聚氨酯膠約1480t。聚氨酯膠粘劑在汽車中主要用于風(fēng)窗玻璃膠、結(jié)構(gòu)膠、濾芯膠和內(nèi)飾膠。由于聚氨酯膠粘劑中含有強(qiáng)極性、高活潑性的異氰酸酯基團(tuán)和氨酯基，與含有活潑氫的材料具有良好的化學(xué)粘接力，如泡沫塑料、木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料以及玻璃、金屬、橡膠、塑料等表面光潔的材料。聚氨酯與被粘材料之間的氫鍵作用使分子內(nèi)作用力增強(qiáng)，使得粘接更加牢固。通過調(diào)節(jié)固化后分子中軟、硬鏈段的比例和結(jié)構(gòu)，可獲得不同硬度和伸長(zhǎng)率的膠粘劑，其粘合層從柔性到剛性可任意調(diào)節(jié)。同時(shí)聚氨酯膠粘劑既可以加熱固化，也可以室溫固化，粘接工藝簡(jiǎn)便，操作性能優(yōu)良，固化后的聚氨酯膠粘劑強(qiáng)度高，耐磨、耐水、耐油、耐溶劑、耐化學(xué)藥品、耐臭氧性能良好，因此，在建筑、工業(yè)、汽車等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。聚氨酯膠粘劑在汽車上的應(yīng)用如下：
風(fēng)窗玻璃膠是指車窗玻璃與車身的固定密封，亦稱密封膠。目前普遍應(yīng)用單組分濕氣固化聚氨酯密封膠。汽車的風(fēng)窗玻璃現(xiàn)在幾乎百分之百的使用單組分濕固化聚氨酯膠粘劑。此類膠粘劑結(jié)構(gòu)中含有活潑的NCO基團(tuán)，當(dāng)暴露于空氣中時(shí)能與空氣中的微量水分發(fā)生反應(yīng)，粘結(jié)時(shí)，它能與基材表面吸收的水以及表面存在的羥基等活性氫基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成脲鍵結(jié)構(gòu)。因此濕固化型聚氨酯膠粘劑固化后的膠層組成是聚氨酯-聚脲結(jié)構(gòu)。制備濕固化型聚氨酯膠粘劑常用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇。多元醇的分子量通常在500～3000之間。常用的異氰酸酯有MDI、TDI、HDI、IPDI等。濕固化膠粘劑的NCO含量通常在2%～10%之間，聚酯多元醇主鏈?zhǔn)且籆OO一鍵，該鍵極性大，粘結(jié)力比較強(qiáng)，而且由于該鍵內(nèi)聚能大，使聚酯膠粘劑的耐高溫性、耐油性好。但是該鍵容易水解，所以聚酯型的聚氨酯膠粘劑材料的耐水解性不理想。以聚醚多元醇為原料合成的聚氨酯樹脂其主鏈上含有醚鍵結(jié)構(gòu)單元，屬于柔性鏈，而且醚鍵不易水解，故比相應(yīng)的聚酯多元醇有較好的柔軟性、耐水解性與耐低溫性，但醚鍵的極性不如酯鍵，其粘結(jié)性和耐高溫性不如聚酯型聚氨酯膠粘劑。因此，現(xiàn)在對(duì)單組分聚氨酯膠粘劑預(yù)聚體的研究大多都是圍繞如何克服單一預(yù)聚體膠粘劑的缺點(diǎn)，得到綜合性能高的單組分濕固化聚氨酯膠粘劑。當(dāng)然，除膠本身的性能外，施工工藝對(duì)其最終性能也有較大的影響。施工工藝包括施工前的準(zhǔn)備→清潔活化→涂底膠→施膠→玻璃裝配→固定→清理→玻璃密封。每個(gè)過程都應(yīng)按操作工藝認(rèn)真仔細(xì)的操作，即使很小的疏忽將會(huì)造成使用中的薄弱環(huán)節(jié)，而影響其施工質(zhì)量和使用壽命。
結(jié)構(gòu)膠主要用于汽車部件的粘結(jié)，結(jié)構(gòu)膠多采用無溶劑雙組分聚氨酯膠粘劑。結(jié)構(gòu)型聚氨酯膠粘劑就是代替螺栓、鉚釘或焊接等形式用來接合金屬、塑料、玻璃、木材等的結(jié)構(gòu)部件，屬于長(zhǎng)時(shí)間能承受較大動(dòng)負(fù)荷、靜負(fù)荷并能長(zhǎng)期使用的膠粘劑。最初成功用于汽車部件的粘接是固特異公司的Pliogrip，它是無溶劑雙組分反應(yīng)型膠粘劑，早年用于載重汽車的5MC型發(fā)動(dòng)機(jī)罩的粘接，隨后通用、福特等公司相繼于大型載重卡車的SMC(片狀模塑料)部件上用其進(jìn)行粘接，接著又推廣到FRP(玻璃纖維增強(qiáng)塑料)部件。
合成的無溶劑結(jié)構(gòu)型聚氨酯膠粘劑具有使用工藝簡(jiǎn)單，貯存、運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，可室溫固化或熱固化，其膠層具有彈性和高剪切強(qiáng)度，在應(yīng)用中已取得滿意結(jié)果。為使結(jié)構(gòu)型聚氨酯膠粘劑更具有競(jìng)爭(zhēng)力，各國(guó)研究者正繼續(xù)致力于大量的改性工作，如，為進(jìn)一步提高耐熱性及其強(qiáng)度，用環(huán)氧樹脂改性聚氨酯膠粘劑，即將端異氰酸酯基(NCO)的預(yù)聚體與含環(huán)氧基團(tuán)的醇反應(yīng)，生成端環(huán)氧基的聚氨酯齊聚物，然后通過環(huán)氧基團(tuán)與胺的反應(yīng)而完成交聯(lián)固化，從而制得具有較高硬度，高剪切強(qiáng)度和較高耐化學(xué)藥品性的聚氨酯-環(huán)氧樹脂-聚脲結(jié)構(gòu)的膠粘劑。采用加入納米填料改性的聚氨酯膠粘劑不僅可降低成本，還可改善其結(jié)晶性，使其剪切強(qiáng)度和初粘力大大提高;采用聚氨酯、丙烯酸酯接枝或共聚并與聚苯乙烯形成互穿網(wǎng)絡(luò)的改性無溶劑聚氨酯膠粘劑可不用底涂劑，不僅可提高固化速度和初粘力，還可防止氣泡的產(chǎn)生;采用不同結(jié)構(gòu)的多元醇和不同結(jié)構(gòu)的多異氰酸酯制得不同品種的膠粘劑以適應(yīng)不同基材的粘接，使膠粘劑趨于功能化。
濾芯膠是指汽車濾芯器用膠，上世紀(jì)70年代開始，紙質(zhì)濾芯濾清器開始在汽車工業(yè)大量使用，促使濾芯膠粘劑產(chǎn)業(yè)得到了很快發(fā)展，目前我國(guó)濾清器使用的膠粘劑年需求量已達(dá)到萬噸以上。濾芯膠多用雙組分聚氨酯膠粘劑。膠粘劑質(zhì)量的好壞，直接影響濾芯器產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，作為濾清器生產(chǎn)專業(yè)廠家，十分重視對(duì)膠粘劑的選擇，并根據(jù)膠粘劑的特性制定合理的粘接工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量?？諝鉃V清器濾芯用膠粘劑為常溫固化雙組分聚氨酯膠粘劑，具有操作工藝簡(jiǎn)單、常溫固化、無毒或低毒、快干，使用時(shí)不受氣候和環(huán)境的影響等特點(diǎn)。
汽車內(nèi)飾膠：內(nèi)飾膠是指汽車頂棚、地板、地毯、儀表板、門板等內(nèi)飾件的粘結(jié)，多采用水性聚氨酯膠粘劑。汽車內(nèi)飾用泡沫背襯乙烯基塑料、織物與纖維板和其它硬質(zhì)基材的粘接，過去一直使用溶劑型膠粘劑，隨著環(huán)保法規(guī)的健全以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，溶劑型汽車膠粘劑將會(huì)逐漸被環(huán)保型膠粘劑，如水基膠粘劑所取代，尤其是水基汽車內(nèi)飾膠的推廣應(yīng)用勢(shì)在必行。
隨著新型汽車塑料部件的用量增加以及汽車內(nèi)飾膠的不斷水性化，水基膠粘劑在汽車上的用量將會(huì)不斷增加，西歐、日本等先進(jìn)的汽車生產(chǎn)國(guó)水基聚氨酯膠粘劑每年以8%～10%的速率增長(zhǎng)，美國(guó)水基膠粘劑占總量的60%，日本的汽車內(nèi)飾膠幾乎全部實(shí)現(xiàn)水性化。我國(guó)目前已躍居為世界汽車生產(chǎn)大國(guó)，汽車內(nèi)飾膠占到汽車膠總量的20%以上，如果內(nèi)飾膠全部實(shí)現(xiàn)水性化，產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益將非常可觀。
與溶劑型聚氨酯膠粘劑相比，水性聚氨酯膠粘劑具有以下特點(diǎn)：粘度不隨聚合物分子量的改變有明顯差異，因而，可使聚合物高分子量化以提高其內(nèi)聚強(qiáng)度;而溶劑型的粘度則隨聚合物分子量的增高呈指數(shù)關(guān)系上升，交聯(lián)時(shí)易產(chǎn)生凝膠。易與其他樹脂或顏料混合以改進(jìn)性能、降低成本。在相同固含量下，水性膠粘劑的粘度一般比溶劑型的低，當(dāng)分散體粒徑較小時(shí)，水性膠粘劑的粘度增大，而溶劑型的粘度隨固含量增大而急劇上升。容易調(diào)配配方，易于清理。不燃、無毒，適用于易被有機(jī)溶劑浸蝕的基材，但干燥過程比溶劑型慢，耗能較大，初粘性比溶劑型差。水性聚氨酯也是在90年代才逐漸在汽車內(nèi)飾中應(yīng)用。目前，各國(guó)正在進(jìn)一步致力于水性聚氨酯膠粘劑降低成本，提高性能的研究工作。美國(guó)Leung、PakT等開發(fā)適用于熱成型層壓工藝的水性聚氨酯膠，粘接強(qiáng)度和耐熱性遠(yuǎn)高于目前使用的溶劑型或其它水基膠所粘接成型的外覆PVC膜的制品可用于汽車儀表板、門板以及其它內(nèi)飾件。日本針對(duì)初粘力小的問題，在聚氨酯結(jié)構(gòu)中引入環(huán)氧樹脂，成功研制出具有良好初粘性的產(chǎn)品。
根據(jù)目前看來，溶劑型聚氨酯膠粘劑在今后的一段時(shí)間內(nèi)還將占有相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，今后的研究應(yīng)在降低成本、水性聚氨酯的相關(guān)助劑、實(shí)現(xiàn)水性聚氨酯的系列化以及功能化、加強(qiáng)和完善對(duì)水性聚氨酯的理論和機(jī)理等方面加大研究力度。 |
