聚氨酯膠黏劑對(duì)車門外飾板性能的影響

劉大勇， 鐘國鑫， 廖樹煌

(浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司，杭州 310018)

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保及安全問題成為了汽車工業(yè)最為關(guān)注的3個(gè)話題，汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重要方法之一[1].為實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)越來越多的車身外飾件在滿足車輛安全的情況下,用非金屬材料進(jìn)行取代，塑料零部件占汽車總重的比例不斷增長，已達(dá)15%～20%[2].隨塑料的大量引入使用、非金屬材料與金屬材料之間的連接促進(jìn)了膠黏劑的發(fā)展，不同膠黏劑與對(duì)應(yīng)的底涂工藝對(duì)非金屬材料的影響成為膠黏劑選擇的考量依據(jù)[3].

1 車門外飾板用聚氨酯膠黏劑的種類及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 門外飾板用聚氨酯膠黏劑的種類

1.1.1 單組分聚氨酯玻璃膠

單組份聚氨酯玻璃膠是目前我國汽車用聚氨酯膠中用量較大的品種，也是技術(shù)要求較高的產(chǎn)品.單組分聚氨酯玻璃膠主要用于汽車前風(fēng)擋玻璃、側(cè)窗和后窗的密封和粘接，可實(shí)現(xiàn)汽車玻璃與車身的直接粘接，不僅可以滿足汽車密封要求，還可增加車身的剛性，提高安全性[4].單組份聚氨酯玻璃膠需要配合活化劑和底涂劑才能達(dá)到理想的粘接效果，但活化劑和底涂對(duì)高分子材料的性能影響尚不明確.

1.1.2 雙組分聚氨酯膠黏劑

雙組分聚氨酯膠黏劑由兩個(gè)組分組成，主要包括兩類，其中一類是以聚酯或聚醚多元醇為主劑，多異氰酸酯為固化劑；另一類是端異氰酸酯基的預(yù)聚體為主劑，低分子的多元醇或多元胺為固化劑，其他添加劑主要是一些填料、催化劑和偶聯(lián)劑等，這種膠黏劑相對(duì)于單組分聚氨酯膠黏劑，具有固化速度快，粘接強(qiáng)度高，對(duì)溫濕度不太敏感等優(yōu)點(diǎn)[5].但對(duì)比與單組分聚氨酯玻璃膠對(duì)高分子材料的力學(xué)性能影響優(yōu)劣，尚無對(duì)比研究.

1.2 車門外飾板用聚氨酯膠黏劑的發(fā)展趨勢(shì)

目前我國汽車用聚氨酯膠黏劑仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主.雖然國內(nèi)的山東化工廠、深圳奧博膠黏劑化工有限公司、北京龍?jiān)坊C(jī)電技術(shù)公司、長春依多科化工公司、北京高盟化工有限公司、湖北回天膠業(yè)股份有限公司、杭州之江有機(jī)硅化工有限公司等均有產(chǎn)品生產(chǎn)，品種也較齊全，基本可滿足汽車用膠黏劑的需求，但性能質(zhì)量相比較國外產(chǎn)品要差一些，主要表現(xiàn)為固化遲緩，產(chǎn)品批間穩(wěn)定性差，在一些技術(shù)要求較高的膠黏劑跟國外還有一定的差距[6].

2 車門外飾板選材與性能要求

2.1 車門外飾板材料選材

車門外裝飾板安裝在立柱外側(cè)，通常在B柱和C柱外側(cè)，也可以安裝在A柱、D柱外側(cè)、背門玻璃兩側(cè)等位置，主要起裝飾作用.車門外裝飾板主要選材為非金屬材料，傳統(tǒng)的非金屬材料為了增加塑料的耐腐蝕性，延長塑料件的使用壽命，同時(shí)達(dá)到與車身同色或異色的高光澤效果，需要在塑料件的表面噴涂合適的漆.塑料噴涂工藝不良率高、工藝復(fù)雜；既成本高、也不環(huán)保，因此,在改性塑料中加入金屬粉高光免噴涂材料，通過注塑成型，表面高光，達(dá)到鏡面效果；成為目前車門外裝飾板的優(yōu)選材料[7].車門外飾裝飾板選材與工藝選擇密切相關(guān)；單色注塑主要可選材料為ASA、PMMA、PMMA+ASA合金材料，雙色注塑工藝由內(nèi)板與外板構(gòu)成，內(nèi)板主要由ABS、ABS加玻纖材料，外板主要由PMMA材料雙色注塑而成.

2.2 車門外飾板性能要求

(1)高強(qiáng)度高沖擊韌性要求：因安裝裝配受力、外物石子沖擊等，對(duì)其有一定的強(qiáng)度和沖擊的要求.

(2)耐候性要求：此件為陽光直射區(qū)，所處氣候環(huán)境熱烈.在一定輻照量下，樣品表面不得出現(xiàn)任何發(fā)粘、脆化、噴霜、起泡或其它可能影響功能和外觀的缺陷.

(3)耐刮擦性：要求車門外裝飾板有較好的耐刮擦性能.

(4)耐溶劑性：易接觸化學(xué)溶劑，要求車門外裝飾板有良好的耐化學(xué)溶劑性能.

(5)光澤度要求：車門外飾板有高光要求.

(6)耐高低溫性：受各地環(huán)境氣溫的影響，需要車門外裝飾板有較好的耐高溫性和耐低溫性能，在80 ℃和-40 ℃下放置一定時(shí)間后不得出現(xiàn)脆化、裂紋、表面收縮、翹曲變形及其它影響使用功能的缺陷.

3 不同的膠黏劑對(duì)車門外裝飾板材料性能影響

3.1 膠黏劑的類型

膠黏劑主要為聚氨酯膠，有單組分和雙組分兩種類型.單組分聚氨酯膠粘接工藝為清洗-底涂-涂膠-固化，因需要依靠空中的水分固化，速度相對(duì)較慢.雙組分聚氨酯膠需要將兩組分按要求比例混合均勻后使用，固化時(shí)主要依靠膠體中自有的水分固化，速度較單組分快[8].兩種類型的膠主要區(qū)別為底涂工藝的減少，因此,文中主要對(duì)比單組份聚氨酯膠黏劑的底涂工藝和雙組份聚氨酯膠黏劑對(duì)原材料韌性的影響進(jìn)行研究.

3.2 試劑與塑料材料試驗(yàn)選擇

聚氨酯膠黏劑的選擇：①玻璃膠底涂劑： Togocoll V500和BETAPRIME 5404；②雙組份聚氨酯膠黏劑TOTALSEAL 6012.

PMMA+ASA材料的選擇：①錦湖日麗M1800;②錦湖日麗HAM8580;③LG L1940;④樂天WX-9951UV;⑤樂天WX-9950UV.

3.3 試驗(yàn)方法及測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)1：M1800、HAM8580兩個(gè)牌號(hào)各40塊尺寸為(80*10*4)mm樣條，每個(gè)牌號(hào)各取10塊樣條分別涂上清洗劑、清洗劑+依多科底涂、清洗劑+陶氏底涂，室溫放置2 h，然后，用電子萬能試驗(yàn)機(jī)按IOS 179標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試無缺口沖擊強(qiáng)度，計(jì)算每組10跟樣條無缺口沖擊數(shù)據(jù)平均值，單位為kJ/m2，牌號(hào)為M1800材料樣條無處理沖擊試驗(yàn)前后照片如圖1.試驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

圖1 M1800無處理樣條沖擊前后照片

表1 清洗劑和底涂對(duì)材料沖擊性能影響 kJ/m2

實(shí)驗(yàn)2：M1800、HAM8580、L1940、WX-9951UV、WX-9950UV，5個(gè)牌號(hào)各30塊尺寸為(80*10*4)mm樣條，每個(gè)牌號(hào)各取20塊樣條分別涂上清洗劑、清洗劑+膠黏劑6012，室溫放置2 h，然后,用電子萬能試驗(yàn)機(jī)按IOS 179標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試無缺口沖擊強(qiáng)度，計(jì)算每組10跟樣條無缺口沖擊數(shù)據(jù)平均值，單位為kJ/m2.試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 雙組份聚氨酯膠黏劑對(duì)材料沖擊性能影響 kJ/m2

3.4 試驗(yàn)方法及測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，清洗劑清洗后的M1800、HAM8580兩種牌號(hào)沖擊性能均有一定程度的下降，再涂底涂材料的沖擊性能會(huì)發(fā)生二次下降，牌號(hào)為M1800的PMMA+ASA材料在經(jīng)過清洗劑與依多科底涂處理后，無缺口沖擊強(qiáng)度由52 kJ/m2下降到15.1 kJ/m2，經(jīng)過清洗劑與陶氏底涂處理后，下降到12.2 kJ/m2.牌號(hào)為HAM8580的PMMA+ASA材料在經(jīng)過清洗劑與依多科底涂處理后，無缺口沖擊強(qiáng)度由49 kJ/m2下降到12.6 kJ/m2，經(jīng)過清洗劑與陶氏底涂處理后，下降到4.0 kJ/m2.因此,清洗劑和底涂對(duì)PMMA+ASA合金材料的沖擊性能有明顯的影響.

從表2可以看出，5種牌號(hào)材料在清洗劑清洗后無缺口沖擊強(qiáng)度均發(fā)生變化，清洗劑清洗后的M1800、HAM8580、WX-9551UV和WX-9550UV4種牌號(hào)沖擊性能均有一定程度的下降，其中,牌號(hào)L1940材料無缺口沖擊強(qiáng)度下降最少、基本無下降；再涂道達(dá)爾雙組份膠6012后，相對(duì)比清洗劑清洗后的缺口沖擊性能，牌號(hào)M1800沖擊性能明顯降低，牌號(hào)L1940無缺口沖擊性能略有降低，牌號(hào)HAM8580、WX-9951UV、WX-9950UV性能有一定程度的提升.涂道達(dá)爾雙組份膠6012后PMMA+ASA材料的無缺口沖擊強(qiáng)度性能高低排序?yàn)椋篖1940>HAM8580>WX-9951UV>M1800>WX-9950UV.說明用無底涂工藝的雙組份膠黏劑使牌號(hào)為M1800的PMMA+ASA合金材料的無缺口沖擊強(qiáng)下降了24%，牌號(hào)為L1940、WX-9951UV的PMMA+ASA合金材料的無缺口沖擊強(qiáng)度分別下降了2.5%和2.7%，牌號(hào)HAM8580、WX-9950UV的PMMA+ASA材料沖擊性能分別提高了0.2%和0.7%.

4 結(jié) 論

通過以上試驗(yàn)研究，說明PMMA+ASA材料在清洗劑處理后沖擊強(qiáng)度會(huì)有一定程度的下降，經(jīng)過了清洗劑處理再涂底涂劑后的PMMA+ASA沖擊強(qiáng)度會(huì)再次下降，說明應(yīng)用單組份聚氨酯膠黏劑中必不可少的底涂工藝對(duì)PMMA+ASA材料的沖擊性能影響較大.雙組份聚氨酯膠黏劑相比較單組份聚氨酯膠黏劑減少了底涂工藝，簡化了工藝步驟、提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了底涂工藝對(duì)PMMA+ASA合金材料的沖擊性能的影響.因此,雙組份聚氨酯膠黏劑可考慮代替單組份聚氨酯膠黏劑，成為車門外飾板首選膠黏劑.