折邊膠粘接性能的改性研究

胡勝鷹 李偉紅 李東陽 韓勝利

摘要：旨在研究單組分橡膠硫化體系折邊膠在多板材粘接中的應(yīng)用。使用液體聚丁二烯為主體，馬來酸酐改性聚丁二烯為增粘劑，聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂為改性劑，添加一定量的硫化劑、促進(jìn)劑和填料制備出一種對冷軋鋼板、鍍鋅鋼板及鋁板均有良好粘接效果的汽車折邊膠。結(jié)果表明，當(dāng)馬來酸酐改性聚丁二烯（MLPB）用量為10%，聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂添加量為6%，固化溫度在160～200℃之間，折邊膠在3種板材上的剪切強(qiáng)度均大于10MPa，斷裂形式均為內(nèi)聚破壞，耐濕熱性較好，性能較優(yōu)。

關(guān)鍵詞：單組分橡膠硫化體系;多板材粘接;折邊膠

中圖分類號：TQ437文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0036-03

近年來，汽車制造業(yè)迅猛發(fā)展，不僅對外觀有越來越高的要求，同時對舒適度、駕駛感都有新的追求。折邊膠，顧名思義，主要用于車身鈑金件折邊部位的粘接，被廣泛應(yīng)用在車門、發(fā)動機(jī)罩蓋和行李箱蓋板折邊區(qū)域，不僅能夠美觀車身，而且可以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并對車體進(jìn)行有效的密封。

科技的不斷進(jìn)步帶來了汽車制造業(yè)新材料、新工藝的技術(shù)革新，也促使汽車工業(yè)向輕量化發(fā)展，因此，對汽車制造過程中多板材粘接提出了新的要求?，F(xiàn)有汽車制造中使用的高端折邊膠主要為環(huán)氧樹脂與合成橡膠兩大體系，而環(huán)氧樹脂體系折邊膠由于其本體樹脂的極性原因，在耐濕熱性能方面存在一定的缺陷，為此，在使用過程中受到了一定的制約。本研究旨在研究單組分橡膠硫化體系折邊膠在多板材粘接中的應(yīng)用，通過引入一定量的馬來酸酐改性聚丁二烯為增黏劑，聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂為改性劑，改善單組分橡膠硫化體系折邊膠在多板材粘接的應(yīng)用性能。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料

液體聚丁二烯、馬來酸酐改性聚丁二烯（MLPB），贏創(chuàng)工業(yè)公司;硫磺粉（工業(yè)級），臨沂星泰化工公司;聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂，國都化工公司;氧化鋅（分析純）、氧化鐵（分析純），上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;納米活性碳酸鈣（工業(yè)級），上海卓越納米新材料股份有限公司;重質(zhì)碳酸鈣（工業(yè)級），江陰市廣源超源粉有限公司;促進(jìn)劑，自制。

冷軋鋼板DC-06，寶鋼集團(tuán);鍍鋅鋼板DX51D+Z，寶鋼集團(tuán);鋁板5182，西南鋁業(yè)。

1.2儀器與設(shè)備

AG-IC電子萬能試驗(yàn)機(jī)，日本島津公司;HTM 5020型高速拉伸試驗(yàn)機(jī)，Zwick公司;UFE500型烘箱，美爾特公司。SHK雙行星動力混合機(jī)，廣州紅運(yùn)機(jī)械廠。

1.3折邊膠的制備

將液體聚丁二烯、MLPB和聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂按比例加入到動力混合機(jī)中，攪拌30min，再加入聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂、氧化鐵、氧化鋅、促進(jìn)劑、重質(zhì)碳酸鈣和納米活性碳酸鈣，在25-50℃、攪拌40min并刮壁后，真空壓力為-0.09MPa以上時抽真空攪拌脫泡60min，出料，備用，基礎(chǔ)配方組成如表1所示。

1.4試樣測試

（1）剪切強(qiáng)度：按照GB/T 7124-2008《膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定（剛性材料對剛性材料）》標(biāo)準(zhǔn)，采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測試（試驗(yàn)中所用的冷軋鋼板及鍍鋅鋼板均經(jīng)脫脂或酒精清洗后在防銹油中浸泡10s以上，擦去浮油，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下垂直放置24h后進(jìn)行制樣測試。選擇3種粘接材料進(jìn)行同材粘接，鋁-鋁、冷軋鋼-冷軋鋼和鍍鋅鋼-鍍鋅鋼，在160℃、170℃、180℃、190℃和200℃這5種烘烤條件下固化30min后室溫放置24h，再進(jìn)行測試）。

2結(jié)果與討論

2.1馬來酸酐改性聚丁二烯對粘接性能的影響

馬來酸酐改性聚丁二烯由于酸酐的存在，對金屬板材的粘接起到一定的增強(qiáng)作用。通過調(diào)整其用量來探究其對金屬板材粘接性能的影響。測試結(jié)果如表1所示。

由表1可知：隨著MLPB用量的增加，鋁板與冷軋鋼板的剪切強(qiáng)度與膠層斷裂形式均沒有明顯的變化;而在MLPB用量為0時，鍍鋅鋼板的剪切強(qiáng)度較低，且膠層斷裂形式均為界面破壞，表現(xiàn)出較差的界面粘接力;隨著MLPB用量的增加，鍍鋅鋼板的剪切強(qiáng)度隨之上升，斷裂形式也逐漸改善，由界面破壞轉(zhuǎn)變?yōu)槟z層內(nèi)聚破壞，由此表明，界面粘接力隨著MLPB含量的增加而逐漸增強(qiáng);當(dāng)MLPB用量超過10%時，剪切強(qiáng)度基本保持不變，表明此時MLPB對體系粘接性能的影響已達(dá)較優(yōu)效果，無法通過再提高其比例來改善粘接效果。

2.2聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂對粘接性能的影響

有機(jī)硅對非鐵金屬有著良好的粘接效果，有機(jī)硅鏈段也由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性及更弱的極性，進(jìn)而對產(chǎn)品的耐候性、耐水性都有較大幅度的提升。環(huán)氧樹脂對鋼板有著較好的粘接效果，但由于其極性較強(qiáng)，故在橡膠體系中的相容性較差;聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂極性相對較弱，與橡膠體系有一定的相容性，引入橡膠體系后對冷軋板的粘接會有較為明顯的提升。通過調(diào)整聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂用量來研究其對金屬板材的粘接效果，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，在體系引入聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂后，對于鍍鋅鋼板的粘接并沒有明顯改善，整體表現(xiàn)為界面破壞;對于鋁板粘接有一定的提升，但提升效果有限;對于冷軋板粘接有明顯的改善，特別是當(dāng)其用量超過6%后，破壞形式由有一定比例的界面破壞全部變?yōu)閮?nèi)聚破壞，且剪切強(qiáng)度也有了明顯的提升，再增加其用量后，改善效果達(dá)到最優(yōu)不再變化。

2.3MLPB與聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂對濕熱性能的影響

以MLPB添加量為10%，聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂添加量為6%，配制折邊膠，在160℃與200℃下固化后，以70℃、100%RH濕度的條件進(jìn)行濕熱老化，對比老化前后的剪切強(qiáng)度及破壞形式，考察其對折邊膠濕熱性能的影響，結(jié)果如表3所示。

由表3可知：當(dāng)MLPB添加量為10%、聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂添加量為6%以及固化溫度在160～200℃時，在鋁板、冷軋鋼板和鍍鋅鋼板上的剪切強(qiáng)度均大于10MPa，且斷裂形式均為內(nèi)聚破壞，體現(xiàn)出良好的粘接性能;在70℃、100%RH濕熱條件下處理7d后，剪切強(qiáng)度下降率<10%，且斷裂形式均為內(nèi)聚破壞;濕熱處理14d后，剪切強(qiáng)度下降率<10%，鋁板均為內(nèi)聚破壞，冷軋板及鍍鋅鋼板界面破壞面積<5%，體現(xiàn)出了良好的耐濕熱性能。

3結(jié)語

（1）MLPB對鋁板與冷軋鋼板的剪切強(qiáng)度影響較小;隨著MLPB含量的增加，鍍鋅鋼板的剪切強(qiáng)度隨之上升，斷裂形式也逐漸改善;當(dāng)MLPB用量超過10%時，剪切強(qiáng)度基本保持不變，對體系粘接性能的影響已達(dá)相對最優(yōu)效果。

（2）聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂對于鍍鋅鋼板的粘接并沒有明顯改善;對于鋁板粘接性有一定的提升，但提升效果有限;隨著其用量的增加，冷戰(zhàn)鋼板的剪切強(qiáng)度隨之上升，斷裂形式也逐漸改善;當(dāng)其用量超過6%時，改善效果達(dá)到相對最優(yōu)效果。

（3）當(dāng)MLPB添加量為10%，聚二甲基硅氧烷改性環(huán)氧樹脂添加量為6%，在鋁板、冷軋鋼板和鍍鋅鋼板上剪切強(qiáng)度均大于10MPa，體現(xiàn)出良好的粘接性能;在70%、100%RH濕熱條件下處理14d后，剪切強(qiáng)度下降率<10%，界面破壞面積<5%，表現(xiàn)出了良好的耐濕熱性能。