低溫對底涂與雙組分PU密封膠粘接性能的影響

劉亞瓊，卜 濤，陳 淼，王華南，李 瑤，龔洪洋

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

聚氨酯（PU）密封膠因具有粘接強度高、彈性好、耐老化等特點，廣泛應用于汽車和軌道交通行業(yè)。而單組分濕氣固化PU密封膠因施工方便、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢一直占主導地位，但其在冬季低溫低濕環(huán)境固化緩慢的問題也嚴重影響主機廠的生產(chǎn)節(jié)奏，于是各種低溫快固產(chǎn)品應運而生，如西卡的Booster系列、陶氏的聚氨酯雙組分粘接劑等。但是快速固化并未達到快速粘接的效果，底涂對聚氨酯密封膠的粘接性能也有較大影響[1～3]，底涂與密封膠的配合性也至關重要。本文選取國內(nèi)外4種高品質(zhì)底涂和一種可快速固化的雙組分PU密封膠，考查標準條件和低溫（10±2）℃下，底涂與雙組分PU密封膠配合對鋁合金和玻璃的粘接性能。

1 實驗部分

1.1 主要原料

MF612雙組分聚氨酯膠粘劑，鄭州中原思藍德高科股份有限公司；PU底涂劑1#，鄭州中原思藍德高科股份有限公司；PU底涂劑2#，西卡中國有限公司；PU底涂劑3#，德國漢高公司；PU底涂劑4#，美國陶氏化學；浮法玻璃（50 mm×50 mm×6 mm）；6063陽極氧化鋁（100 mm×25 mm×3 mm）。

1.2 儀器與設備

電子萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司；低溫實驗室，鄭州科盈制冷設備有限公司。

1.3 試件制備和養(yǎng)護

按照選用的底涂產(chǎn)品的施工工藝，在選用基材（浮法玻璃和陽極氧化鋁）規(guī)定區(qū)域內(nèi)涂抹底涂，涂膠，參照GB/T 7124—2008中制樣方法搭接制樣，膠層厚度為3 mm。制備養(yǎng)護的環(huán)境條件為2種：

（1）標準條件

試件在（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的恒溫恒濕條件下制備養(yǎng)護，養(yǎng)護時間5 h、24 h、3 d、7 d。

（2）低溫（10±2）℃

將低溫試驗室的溫度設置在（10±2）℃，恒溫2 h，在其中制備養(yǎng)護試件，養(yǎng)護時間5 h、24 h、3 d、7 d。

1.4 性能測試

使用電子萬能試驗機，在標準條件即（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的條件下按GB/T 7124—2008進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 標準條件下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能

按1.3（1）所述方法制備養(yǎng)護試件，測定在標準環(huán)境條件下，不同底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，各底涂在標準條件下與雙組分PU密封膠均配合良好，表現(xiàn)出較好的粘接性能，特別是底涂3#，養(yǎng)護7 d剪切強度達5.29 MPa，且破壞形式為內(nèi)聚破壞。

2.2 低溫（10±2）℃下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能

依照1.3（2）所述的方法制備養(yǎng)護試件，取出在標準條件恒溫10 min，測試不同底涂與雙組分PU密封膠配合的粘接性能，結(jié)果如表2所示。

表1 標準環(huán)境條件下不同底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能Tab.1 Bonding proprties of primers and two-component PU sealant under standard condition

表2 （10±2）℃下不同底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能Tab.2 Bonding properties of primers and two-component PU sealant at （10±2）℃

表2中，（10±2）℃下, 國內(nèi)1#與雙組分PU密封膠配合，養(yǎng)護72 h之前，隨著養(yǎng)護時間延長，剪切強度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，脫粘情況有所好轉(zhuǎn)，至養(yǎng)護168 h，剪切強度可達4.01 MPa，且零脫粘，內(nèi)聚破壞，粘接性能表現(xiàn)出前期較差，后期隨固化程度加深逐漸好轉(zhuǎn)的情況；底涂2#與雙組分PU密封膠配合則粘接性能極差，養(yǎng)護時間從5 h到168 h，剪切強度全部只在0.50 MPa左右，且全部脫粘；底涂3#則只在72 h之前，表現(xiàn)出較2.1較小的剪切強度，其他則未受影響；底涂4#與1#規(guī)律相似，在72 h之前，出現(xiàn)部分脫粘現(xiàn)象，剪切強度較2.1中結(jié)果略低，其他無明顯變化。

從表2可以看出，低溫可影響底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能，嚴重可導致粘接失效，輕則主要制約前期粘接性能。這可能是由低溫（10±2）℃下，底涂-基材之間與底涂-雙組分PU之間粘接化學鍵的形成速度不匹配引起的。底涂-基材之間形成粘接化學鍵的速度偏低，造成前期不同程度的底涂-基材脫粘現(xiàn)象，從而剪切強度也不同程度的降低。

2.3 改進底涂1#對低溫粘接性能的影響

2.2 結(jié)果中，底涂1#因前期固化速度較慢的原因影響了其在（10±2）℃溫度下與雙組分PU密封膠的粘接性能，導致其不同程度的與基材的脫粘現(xiàn)象。鑒于此，本文在底涂1#的基礎上選取一種新型偶聯(lián)劑配合催化劑，并適當提高催化劑的添加量，進行固化速度和粘接速度的針對性改進，記為底涂1#-1、底涂1#-2，參照1.3（2）方法制備養(yǎng)護試件，表征底涂1#改進效果，結(jié)果如圖1所示。

圖1 改進底涂1#對低溫（10±2）℃粘接性能的影響Fig.1 Effects of improved 1# primers on bonding properties at low temperature（10±2）℃

從圖1可以看出，（10±2）℃溫度下，底涂1#-1試件在養(yǎng)護5 h、24 h和72 h，脫粘面積在40%、50%和20%，剪切強度均為1.78 MPa、1.78 MPa和3.23 MPa，較1#底涂，破壞形式由全部脫粘改進為部分脫粘，剪切強度分別提高了356%、150%和18%，呈現(xiàn)提高的趨勢；底涂1#-2試件在養(yǎng)護5 h、24 h和72 h，5 h和24 h脫粘面積僅為10%、15%，而72 h則已經(jīng)為內(nèi)聚破壞，剪切強度均為2.94 MPa、3.68 MPa和4.11 MPa；而 在 養(yǎng) 護168 h時，底涂1#、底涂1#-1和底涂1#-2試件均為內(nèi)聚破壞，剪切強度分別為4.01 MPa、4.18 MPa和4.58 MPa。由此可以看出，改進底涂1#，提高其前期固化速度，可以改善（10±2）℃溫度下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能，進一步驗證2.2的判斷。

3 結(jié)論

較低的環(huán)境溫度會影響底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能，盲目追求需配合底涂使用的雙組分PU密封膠的固化速度，存在粘接功能失效或減弱風險。采用快固PU產(chǎn)品，應重視配套產(chǎn)品的配合跟進。