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1、汽车用聚氨酯胶粘剂的研究进展综述粘接2005,26(1)汽车用聚氨酯胶粘剂的研究进展沈慧芳,陈焕钦(华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640)收稿日期:2004-11-01作者简介:沈慧芳(1971-),女,华南理工大学讲师,博士,主要从事精细化学品如涂料、粘合剂的研制工作。摘要:介绍了几种最常用的聚氨酯胶粘剂,如单组分湿固化聚氨酯挡风玻璃密封胶、粘接FRP和SMC材料用聚氨酯构造胶粘剂、汽车内饰用水性聚氨酯胶粘剂等在汽车制造和修理上的应用现状及各自的研究进展,瞻望了汽车用聚氨酯胶粘剂的将来发展前景。关键词:聚氨酯;胶粘剂;汽车;应用中图分类号:TQ433.4+32文献标识码:A文章编
2、号:1001-5922(2005)01-0035-03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。新型汽车构造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。估计2020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到达10万t,其中聚氨酯胶为1480t。根据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
3、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。因而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。1汽车用聚氨酯胶粘剂的特点及主要品种聚氨酯胶粘剂是多元异氰酸酯和多元醇反响的产物,因其主体树脂分子中含有大量极性基团和活性反响基团,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,并能常温固化;使用不同原料配制聚氨酯胶粘剂,能够得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶粘剂,能知足不同基材粘接和使用条件的要求3。聚氨酯胶粘剂还有一些特殊的优点,如极好的耐寒性、耐油性、耐磨性等。在汽车上应用最为广泛的聚氨
4、酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃(前挡风玻璃、侧窗和后窗)用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维加强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC)的构造胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。2挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶这是一种反响型密封胶,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响,构成高强度弹性体。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粘剂,目前采用“直接粘接法安装汽车玻璃几乎100%采用这种胶粘剂。使用这种胶,能够把挡风玻璃设计成宽阔亮堂的流线型,能将玻璃和车身严密地结合为一个整体,加强车身刚性及抗扭曲能力,保证密封效果,提高汽车安全性
5、4。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1。它在先进的汽车生产国应用已经普及。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5。这类密封胶适用于多孔性外表,对诸如玻璃、金属等非多孔性外表,需与底剂配合使用。近期,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EMS2TOGO公司的Togocollf502挡风玻璃胶已取消漆面底剂,使用中只需配备玻璃底剂1,进而简化了操作工艺。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
6、种胶才被列入国家重点科技攻关项目6。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,参加改性剂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7。原山东化工厂从欧洲引进了该胶的生产技术,生产的AM2140单组分无溶剂聚氨酯挡风玻璃胶,已经迅速占领了中国的客车市场8。深圳奥博胶粘剂化工有限公司采用国产原料和独特的合成配方和工艺,其产品的物理力学性能和工艺性能到达德国群众(TL2VW52280)标准。目前,奥博公司的3种系列产品已开场在国内多家汽车厂得到应用1。目前我国开
7、发的产品在技术和质量上与国外尚有一定?53?汽车用聚氨酯胶粘剂的研究进展ZHANJIE2005,26(1)的差距,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装配玻璃,单车用量平均为8001000mL。因而,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。3FRP、SMC材料用聚氨酯构造胶粘剂由于汽车工业的发展要求汽车构件轻量化,近年来,采用轻质高强度的工程塑料代替钢板的技术发展很快,十分是玻璃纤维加强塑料(FRP)和片状模
8、塑复合材料(SMC)广泛用于汽车上3。FRP、SMC制造的车身面板和外装件(如车身顶蓬、座舱顶盖等)在美国、欧洲和日本相继广泛采用9。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。PU构造胶粘剂有单组分和双组分2种,用于汽车构造部件的聚氨酯胶粘剂一般是无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂。双组分聚氨酯胶粘剂对各种塑料、橡胶、金属、木材等都有良好的粘接性。对于玻璃、热塑性塑料、热固性塑料及金属涂层等热膨胀系数差异非常大的材料,双组分PU胶粘剂都具有良好的粘接性能。早在1967年,美国国际收割机(IH)公司就把双组分聚氨酯构造胶用于重型卡车的SMC发动机罩的粘接。福特汽车公司从197
9、7年开场采用聚氨酯系列胶粘剂粘接小汽车的发动机罩、驾驶室顶、车身板等部件,到1981年该公司安装了完全自动化的用聚氨酯胶粘剂粘接汽车塑料部件的生产线10。欧洲自1973年开场在汽车部件的粘接上获得很大的成效9。日本20世纪70年代后期从美国引进聚氨酯胶粘剂技术,1984年起应用于丰田汽车公司几种轿车的生产中。我国双组分聚氨酯构造胶粘剂研发和应用均较晚,大量由国外进口,1997年就进口了约4000t11。为了改变这种现状,国内一些科研机构和生产企业也做了大量工作:如黎明化工研究院研制出双组分室温固化聚氨酯构造胶粘剂LMJ2962,性能到达意大利355牌水平12。李志岩等人研制成一种汽车内饰件用双
10、组分聚氨酯粘合剂,可粘合轿车内顶蓬各种材料,完全能够知足AUDI、JETTA等轿车内顶蓬自动化流水线生产要求13。4汽车内饰用水性聚氨酯胶粘剂水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而构成的胶粘剂。欧洲最早研究开发聚氨酯水分散液体系,在20世纪70年代后构成了几种较为成熟的制备方法,如丙酮法、预聚体分散法、熔融分散法等。20世纪80年代有了应用于皮革涂饰、织物整理、涂料的聚氨酯水分散液,直到90年代才逐步在汽车内饰件粘接上应用12。聚氨酯水分散体的特点是黏度与分子质量无关,无毒、无污染、不可燃,对多种材料有良好的粘合性。大多数水性聚氨酯是线性热塑性聚氨酯,由于其涂膜没有交联,分子质量较低,
11、因此耐水性、耐溶剂性、胶膜强度等性能还较差,必须对其进行改性,以提高其性能14。欧洲水性密封胶发展迅速15,市场每年约需水性聚氨酯粘合剂超过6000t16。在汽车内饰用水性聚氨酯粘合剂研制方面,美国、日本和欧洲仍走在前列。日本Sunstat、Sunnex公司最新研制的单组分和双组分水性聚氨酯胶粘剂已用于汽车内饰。日本三洋化学工业公司开发了用于汽车内饰的离子型水性聚氨酯粘合剂,具有良好的粘接性和储存稳定性,十分合适于PVC基材的粘接。美国Evode2Tanner公司开发了EVO2Tech385系列水性聚氨酯胶粘剂,所粘接的硬质基材为ABS、聚丙烯纤维板等,粘接的软质基材包括织物、乙烯基塑料等,具
12、有耐高温、耐水、粘接强度高等性能,用于汽车的仪表板、前车门、后车门和杂物箱等部位17。汽车顶蓬胶粘剂用于将软质顶棚材料粘贴到车身顶盖上,增添车内美观。此外,汽车防声、阻尼涂料也已水性化并实际应用。国内水性聚氨酯粘合剂的应用和研究尚处于起步阶段。黎明化工研究院开发了外交联型阳离子水分散液胶粘剂J2961,可用于ABS/尼龙、PVC/PE泡沫、帆布/金属、玻璃钢/PS泡沫等粘接12。晨光研究院、安徽大学、山西化工研究所都相继开展了这方面的研究工作,从产品构造来看,主要是乳液型,水溶性次之,原料多是聚醚型多元醇和TDI,制备方法一般是自乳化、羧酸型、阴离子体系14。但水性粘合剂应用水平不高,生产厂家
13、不多,且品种单一,尚无大量商品上市。5结束语国内相关企业和研究单位应加快研究步伐,加强国内汽车工业用聚氨酯类胶粘剂的研制开发工作,尤其是单组分湿固化瞬时定位型聚氨酯挡风玻璃胶、FRP面板材料用聚氨酯构造胶粘剂、汽车内饰用水性聚氨酯胶粘剂等高性能、高功能的品种18。另外,我国适应环保要求的水性聚氨酯胶粘剂、无溶剂型和反响性热熔聚氨酯胶粘剂等正处于研制或小装置试生产阶段。为了顺应全世界范围内限制挥发性有机化合物(VOC)环保法规的要求,我国应致力开发环保型聚氨酯胶粘剂。参考文献1张郧生.汽车胶粘剂密封胶及其应用技术的发展J.粘接(增刊),1999,68-71.2叶青萱.近年胶粘剂发展特征J.化学推
14、进剂与高分子材料,2001(5):18-21.3孙宇宏,张建华.聚氨酯胶粘剂研究的进展J.粘接(增刊),1999,92-94.4李建立.玻璃密封胶在汽车生产中的应用J.粘接,2003,24(3):31-32.?63?综述粘接2005,26(1)5叶青萱.单组分聚氨酯胶粘剂发展简介J.聚氨酯工业,1998,13(1):6-11.6郑成刚.汽车胶粘剂的应用及其发展需求J.粘接,2004,25(1):51-54.7韩庆国,李福,赵洪任.汽车风挡玻璃用单组分聚氨酯的研制与应用J.汽车工艺与材料,1994(5):22-24.8朱德源,孙克杰.中国汽车工业用胶粘剂现状与市场预测J.中国胶粘剂,1998,7
15、(6):40-42.9张秀珍.聚氨酯构造胶粘剂的应用及其技术进展J.聚氨酯工业,1996(3):9-14.10刘益军,李绍雄.聚氨酯胶粘剂讲座(连载十)J.聚氨酯工业,1994(3):42-47.11费广泰,龚辈凡.我国合成胶粘剂工业的发展J.中国胶粘剂,2000,9(4):39-44.12翁汉元.聚氨酯胶粘剂最新进展J.精细与专业化学品,1999(6):19-21.13李志岩,罗晶,肖风弟.汽车内饰材料用聚氨酯胶粘剂J.粘接,1998,19(1):17-18.14张首文,王文军,李红旭,等.高性能水性聚氨酯胶粘剂J.中国胶粘剂,2002,11(4):40-42.15李树生.汽车与水基高分子聚
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17、yofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Thispaperintroducedthepresentapplicationsituationandthedevelopmentofsomekindsofpolyurethaneadhe2sivesforautomobilesmanufactureandmaintenancesuchasone2componentmoisture2curablepolyurethaneadhesiveusedforwind2shield,polyurethanestructuraladhesiveusedforFRPa
18、ndSMCmaterialsandwaterbornepolyurethaneadhesiveusedforauto2mobileinnergarnishworkpieces.Italsogivesvistatotheintendingdevelopmenttrendsofpolyurethaneadhesivesforautomo2biles.Keywords:polyurethane;adhesive;automobile;application2004年度（粘接）杂志优秀论文及作者、优秀通讯员获奖名单（粘接）杂志一直致力于推广胶粘剂新理论和应用成果,多年来蒙您们的关心,他茁壮成长,影响也
19、越来越大,在胶粘剂专业领域起着独树一帜的作用。为了报答各界同仁的厚爱,鼓励作者踊跃多投稿、投好稿,我们特推出了本年度的评选活动。根据评优活动规则,通过广泛征集编委的意见,最后又综合专家和各相关方面的看法,在尽可能保证公正的前提下,我们推出2004年优秀通讯员15名;优秀论文:一等奖1篇、二等奖10篇、三等奖15篇。现将获奖名单公布如下(各项排名不分先后):优秀论文作者(只列第一作者)一等奖:高玉(（导电胶固化经过中导电网络构成的机理）)二等奖:胡孝勇尹朝辉潘慧铭付新建张道洪王正平王宝国罗纪明万雄卫杨足明三等奖:尚蕾奚强张德成杨丹陈名华张银华姜立淮鲜飞郑成刚韦生文郑小玲郑永军姚武文朱延安齐兴昌优秀通讯员刘鹏凯刘颖波苏闽吴雪英李晶王文莫振兴许秀红张利芳候瑞祥张友道游敏傅和青危民喜沈鸿君（粘接）杂志编辑部?73?