近幾年，輕質金屬、復合材料和塑料等新材料在汽車上的應用使得汽車用膠粘劑和密封膠用量也持續增長，其中汽車內飾件是膠粘劑用量迅速增長的一個領域。另外，近年來，汽車上采用輕質高強度的工程塑料代替鋼板的技術發展很快，特別是玻璃纖維增強塑料(FRP)和片狀模塑復合材料(SMC)被廣泛應用于汽車上。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、歐洲和日本相繼廣泛采用。但FRP、SMC不能使用傳統的焊接技術與車身構架組裝，必須采用粘接技術。
隨著我國汽車工業的快速發展,汽車用膠粘劑和密封膠的市場需求日益加大。新型汽車結構中引入大量的輕質金屬、復合材料和塑料,造成汽車用膠粘劑和密封膠持續增長[1,2],汽車內飾件也是膠粘劑用量增長的一個領域。目前我國轎車每輛用膠約20ｋｇ,中型車16ｋｇ,重型車約22ｋｇ。預計2010年,我國汽車工業對各種類型的膠粘劑和密封膠的總需求量將達到10萬ｔ,其中聚氨酯膠為1480ｔ。按照膠粘劑的基礎材料來分類可分為聚氯乙烯膠、瀝青底涂膠、氯丁膠、丁基膠、丁苯膠、聚氨酯膠、環氧膠、丙烯酸酯膠等。聚氨酯膠粘劑有比環氧樹脂膠粘劑更優良的韌性、室溫固化性和對塑料件更好的粘接性,它的粘接強度高,耐沖擊和耐化學品性能好,粘接材料范圍廣,在汽車等運動工具上的適應性更好。因此聚氨酯膠粘劑已在美、日等國汽車制造中獲得了廣泛的應用,成為汽車用主要膠種之一。
汽車用PU膠粘劑的優點是:
①在-40~+100℃內有良好的粘接性能;
②由于韌性好,特別是低溫韌性好,具有優良的耐沖擊振動性,使用壽命長;
③由于含有大量極性基團和活性反應基團,對汽車使用的各種基材,如玻璃、塑料、金屬等表面光潔的材料和各種內外飾材料及織物等,均有極好的粘接性能;
④調節PU膠的配方,可制成不同硬度和伸長率的膠粘劑,其粘合層從柔性到剛性均可任意調整,滿足不同材料的粘接;
⑤PU膠可加熱固化,也可室溫固化,粘接工藝簡便,操作性能良好。固化過程沒有副反應產生,因此粘合層不易產生缺陷。
⑥PU膠具有良好的耐磨、耐油、耐溶劑、耐化學藥品、耐臭氧以及耐細菌等性能。
由于聚氨酯膠粘劑中含有強極性、高活潑性的異氰酸酯基團和氨酯基，與含有活潑氫的材料具有良好的化學粘接力，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作用力增強，使得粘接更加牢固。通過調節固化后分子中軟、硬鏈段的比例和結構，可獲得不同硬度和伸長率的膠粘劑。其粘合層從柔性到剛性可任意調節。同時聚氨酯膠粘劑既可以加熱固化，也可以室溫固化。粘接工藝簡便，操作性能優良，固化后的聚氨酯膠粘劑強度高，耐磨、耐水、耐油、耐溶劑、耐化學藥品、耐臭氧性能良好。因此，在建筑、工業、汽車等國民經濟各領域有著廣泛的應用。
聚氨酯膠粘劑在汽車上的應用：
風窗玻璃膠：將汽車風擋玻璃直接粘接到車體的工藝始于20世紀60年代的美國。單組分濕氣固化PU膠粘劑最先由美國ESSEX化學公司在20世紀70年代初研制成功,并成功應用于美國通用汽車,1976年奧迪汽車公司也在奧迪C2車型上應用。隨后日本及其他歐洲汽車廠家相繼采用風擋玻璃的直接粘接工藝。由于施工簡便并采用機械施膠,目前世界上95%以上風擋玻璃及側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,能與被粘面上或空氣中的微量水分發生反應而固化。單組分濕氣固化PU風擋玻璃膠要求對濕氣敏感,固化速度快,固化后又要保持優良的彈性,而且要求為單包裝,貯存穩定性好。它是汽車用膠中技術含量較高的產品,也是目前我國汽車用PU膠類中用量較大的品種。
采用這種玻璃粘接密封工藝,能使風擋玻璃和車身緊密地結合成一個整體,增加了車體剛性及抗扭曲能力,又保證了密封效果。美國聯邦汽車安全標準(FMVSS)第212項規定,汽車以50km/h速度與混凝土墻壁沖撞時,風擋玻璃的粘接完整率必須在75%以上。目前美、日、德、法等和我國在轎車風擋玻璃的安裝中幾乎全部采用此工藝,同時在客車的風擋和側窗玻璃也大多采用了粘接方法。
單組分PU膠的其他應用例:如一汽的J5、J6等系列卡車的原設計為平頂鋼板頂蓋,為適應長途運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膠粘劑進行粘接。還有小紅旗轎車的行李箱備胎槽也采用同樣粘接工藝。另外,一汽的小紅旗轎車和一汽大眾汽車公司生產“寶來”轎車等的頂棚均采用PU膠粘劑,使頂棚和頂蓋粘成一體,在增強頂蓋強度的同時,又達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。為了確保風擋玻璃與車體粘接性能可靠,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度。
為了提高施膠速度和質量,目前各大汽車公司均采用機械手自動涂布單組分濕氣固化型PU膠粘劑。自動涂膠系統由涂膠泵、計量裝置、機械手、涂膠槍和工作臺組成。為了保證涂膠量的穩定性,通常采用帶有加熱系統的壓盤和輸膠管路。使用自動涂膠系統要保證每次更換膠桶時排出空氣,防止出現氣泡,還要確保槍嘴的清潔,保證涂膠量準確。
目前單組分PU膠已實現了國產化,并在汽車行業得到部分應用。但由于這種單組分PU膠使用時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度,而且固化速度較慢,裝配工藝繁瑣,為此又出現了不用涂活化劑、底劑和瞬時定位型風擋玻璃膠。如在風擋玻璃裝配時通過配備加熱涂布裝置,使微熱的膠料對被粘面立刻產生較高的初粘強度,保證了車窗玻璃的定位,然后逐步達到完全固化,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風擋玻璃膠粘劑正在應用和開發的品種有: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)低導電性單組分PU膠粘劑,用于防止引起鋁質車體的腐蝕和對天線接收效果的不良影響。
濾芯膠：濾芯膠是指汽車濾芯器用膠，上世紀70年代開始，紙質濾芯濾清器開始在汽車工業大量使用，促使濾芯膠粘劑產業得到了很快發展。目前我國濾清器使用的膠粘劑年需求量已達到萬噸以上。濾芯膠多用雙組分聚氨酯膠粘劑。膠粘劑質量的好壞，直接影響濾芯器產品的質量和使用壽命。作為濾清器生產專業廠家，十分重視對膠粘劑的選擇，并根據膠粘劑的特性制定合理的粘接工藝，提高產品質量，促進經濟效益的增長
空氣濾清器濾芯用膠粘劑為常溫固化雙組分聚氨酯膠粘劑，具有操作工藝簡單、常溫固化、無毒或低毒、快干。使用時不受氣候和環境的影響等特點。
雙組分PU結構膠粘劑
結構型膠粘劑是指應用于受力結構件粘接,能承受較大動負荷、靜負荷,并能長期使用的膠粘劑。用于汽車結構部件的PU膠粘劑一般是無溶劑雙組分PU膠粘劑,其組成見表1。
現代汽車廣泛采用塑料、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Goodyear公司最先成功將雙組分PU膠用于載重汽車的SMC發動機罩的粘接。隨后美國通用汽車公司、福特汽車公司等相繼用PU膠對大型載重卡車的SMC部件進行粘接,接著又推廣到FRP(玻璃纖維增強塑料)部件的粘接。同時在卡車上用于頂棚、車門、水箱支架、駕駛室頂蓋、車門板等部件的粘接均獲得成功。1977年美國又采用聚氨酯系列膠粘劑用于轎車的發動機蓋、駕駛室頂蓋、車門板等零部件的粘接。隨后日本等國也相繼采用了這類技術。
聚氨酯型植絨膠
近年來,我國從國外引進多條靜電植絨生產線。在汽車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。現在市場上靜電植絨膠粘劑采用丙烯酸酯膠粘劑類較多,但粘合牢度較差,一般干濕擦牢度在2000~4000次左右,而采用聚氨酯類靜電植絨膠粘劑干濕擦牢度一般在萬次以上。PU植絨膠可分為溶劑型和無溶劑型、單組分和雙組分型。
汽車內飾膠：內飾膠是指汽車頂棚、地板、地毯、儀表板、門板等內飾件的粘結，多采用水性聚氨酯膠粘劑。汽車內飾用泡沫背襯乙烯基塑料、織物與纖維板和其它硬質基材的粘接，過去一直使用溶劑型膠粘劑，隨著環保法規的健全以及人們環保意識的增強，溶劑型汽車膠粘劑將會逐漸被環保型膠粘劑，如水基膠粘劑所取代，尤其是水基汽車內飾膠的推廣應用勢在必行。隨著新型汽車塑料部件的用量增加以及汽車內飾膠的不斷水性化，水基膠粘劑在汽車上的用量將會不斷增加，西歐、日本等先進的汽車生產國水基聚氨酯膠粘劑每年以8％~10％的速率增長，美國水基膠粘劑占總量的60％，日本的汽車內飾膠幾乎全部實現水性化。我國目前已躍居為世界汽車生產大國，汽車內飾膠占到汽車膠總量的20％以上，如果內飾膠全部實現水性化，產量和經濟效益將非常可觀。
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：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聚強度；而溶劑型的粘度則隨聚合物分子量的增高呈指數關系上升，交聯時易產生凝膠。易與其他樹脂或顏料混合以改進性能、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，當分散體粒徑較小時，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。容易調配配方，易于清理。不燃、無毒，適用于易被有機溶劑浸蝕的基材。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飾中應用。目前，各國正在進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Leung、PakT等開發適用于熱成型層壓工藝的水性聚氨酯膠，粘接強度和耐熱性遠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、門板以及其它內飾件。日本針對初粘力小的問題，在聚氨酯結構中引入環氧樹脂，成功研制出具有良好初粘性的產品。
由于水性聚氨酯膠粘劑才剛剛被市場認識和接受，而且還存在許多問題，如品種單一，功能性不強等。溶劑型聚氨酯膠粘劑目前以致在今后的一段時間內還將占有相當大的市場份額。今后的研究應在降低成本、水性聚氨酯的相關助劑、實現水性聚氨酯的系列化以及功能化、加強和完善對水性聚氨酯的理論和機理等方面加大研究力度。
反應型PU熱熔膠粘劑
反應型PU熱熔膠粘劑是在抑制化學反應的條件下,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、擴鏈,生成具有高內聚力的高分子聚合物,使粘合力、耐熱性等進一步提高。這種反應型PU熱熔膠是含有反應性基團的熱塑性樹脂膠粘劑,它的主體成分是端-NCO預聚體,配以與異氰酸酯基不反應的熱塑性樹脂和增粘樹脂以及抗氧劑、催化劑、增塑劑、阻燃劑、防霉劑、填料等制成。反應型PU熱熔膠主要在汽車頂棚、儀表板、行李箱蓋、側裝飾條以及車燈中得到應用。此外,也可將其用于車門復合裝飾件、PP、ABS、聚碳酸酯車燈罩粘接固定、貨物箱箱板復合、車內裝飾件粘接等。近年來,反應型PU熱熔膠用于汽車風擋玻璃直接粘接也有報道,但要達到單組分濕氣固化PU風擋膠的性能尚有許多研究工作要做。
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