可拆卸雙組分聚氨酯膠粘劑的研制

陳存友，李 巍，顧唯開(kāi)，王宏標(biāo)，周會(huì)鵬*

（1.江蘇中科聚合新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 常州 213018;2.常州福隆科技新材料有限公司，江蘇 常州 213018）

引 言

雙組分聚氨酯膠粘劑被廣泛應(yīng)用于食品包裝、土木建筑、汽車、軌道交通等領(lǐng)域[1]。近年來(lái)，新能源汽車發(fā)展迅猛，帶動(dòng)了電池行業(yè)的快速發(fā)展，行業(yè)的發(fā)展促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與完善，在電池PA C K結(jié)構(gòu)粘接用膠粘劑方面，因雙組分聚氨酯膠粘劑存儲(chǔ)周期長(zhǎng)、模量可調(diào)、安全環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[2]，得到了迅猛的發(fā)展和應(yīng)用[3]。在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域，其核心就是鋰電池電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[4]。而膠粘劑是實(shí)現(xiàn)鋰電池正常工作的一個(gè)重要因素，當(dāng)前鋰電池是由很多小電芯經(jīng)過(guò)串并聯(lián)組成在一起的，pack是通過(guò)膠粘劑粘接規(guī)定在指定的區(qū)域，但是在生產(chǎn)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不良，出現(xiàn)返修，以及在汽車在行駛過(guò)程中存在很強(qiáng)的震動(dòng)，會(huì)影響電池的壽命以及個(gè)別電芯的損壞，在維修的過(guò)程中需要拆卸p ac k和電芯，同時(shí)在鋰電池達(dá)到使用壽命后需要拆卸回收處理再利用，因此，就需要一種方便拆卸的膠粘劑，可以減低拆卸過(guò)程的損害率、減少人工、方便操作[5]。目前，市場(chǎng)上膠粘劑品種很多，但高粘接強(qiáng)度和易拆卸這兩個(gè)方面一直難以滿足。

為了獲得能滿足上述要求的可拆卸膠粘劑，本實(shí)驗(yàn)以聚醚多元醇、聚酯多元醇、多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAPI）、可膨脹微球?yàn)樵?，制備出可拆卸聚氨酯膠粘劑，探索出最佳的配比和可拆卸的工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑

HT-220聚醚多元醇，工業(yè)級(jí)，常州華恬聚氨酯有限公司；PS-2002聚酯多元醇，工業(yè)級(jí)南京金陵斯泰潘化學(xué)有限公司；H-854聚酯多元醇，工業(yè)劑，北京昌泰和科技有限公司；

031DU40可膨脹微球，工業(yè)級(jí)，阿克蘇諾貝爾公司；44V20L多苯基多亞甲基聚氨酯，工業(yè)級(jí)，科思創(chuàng)公司。

1.2 可拆卸雙組分聚氨酯膠粘劑的制備

按照計(jì)量比將聚醚多元醇、聚酯多元醇在攪拌狀態(tài)下緩慢升溫到110℃，抽真空1h，再加入交聯(lián)劑、催化劑、繼續(xù)攪拌0.5h脫水，然后再加入碳酸鈣與二氧化硅繼續(xù)攪拌脫水1.5h，冷卻到60℃，加入可膨脹微球，繼續(xù)抽真空攪拌0.5h。冷卻室溫出料，即為可拆卸雙組分聚氨酯膠粘劑的主劑。密封保存。

1.3 可拆卸雙組分聚氨酯膠粘劑的配制和使用

1.3.1 膠粘劑的配制和使用

將主劑與固化劑兩組分按比例置于干燥潔凈的容器中充分混合均勻，制備膠粘劑的操作時(shí)間為1h，將表面處理好的粘接件上（100mm×25mm×3mm的鋁片）涂上厚度為0.5～1mm的膠層，在操作時(shí)間內(nèi)完成粘接件的粘接，在室溫下靜置固化24h，即能獲得預(yù)計(jì)的效果[6]。

1.3.2 膠粘劑的可拆卸方法

將粘接固化好的試件，用水?。▽⒃嚇臃湃敫邷氐乃≈校┗蛘唢L(fēng)熱法（用加熱的熱風(fēng)槍對(duì)準(zhǔn)粘接區(qū)風(fēng)吹）使得粘接層膨脹發(fā)泡，降低粘接力[7]，以達(dá)到試樣的分離。

2 結(jié)果與討論

2.1 微球含量對(duì)膠粘劑強(qiáng)度的影響

本實(shí)驗(yàn)采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化劑等的量和配比不變的情況下，改變可膨脹微球的含量，考察微球的含量對(duì)常溫下可拆卸雙組分膠粘劑的強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 微球含量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響Table 1 The effect of microsphere content on the bonding strength

由表1可以看出，微球含量對(duì)膠粘劑的強(qiáng)度有影響，微球的加入相當(dāng)于補(bǔ)強(qiáng)劑的作用，具有補(bǔ)強(qiáng)填料的功能，并且其本身有很強(qiáng)的壓縮回彈性能，具有較高的吸能作用，對(duì)沖擊強(qiáng)度的提高有很大的幫助[8]。在添加到15%時(shí)具有較好的粘接性能。

2.2 減粘溫度對(duì)膠粘劑強(qiáng)度的影響

本實(shí)驗(yàn)采用在聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化劑等的量和配比不變的情況下，固定可膨脹微球15%的含量，考察可拆卸雙組分膠粘劑在拆卸條件下，將粘接好的試樣在不同溫度的水浴中，減粘30min后去除試樣，常溫下測(cè)試粘接強(qiáng)度。研究減粘溫度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 減粘溫度對(duì)粘接強(qiáng)度的影響Table 2 The effect of debonding temperature on the bonding strength

由表2可以看出，水浴的加熱溫度對(duì)膠粘劑的強(qiáng)度有很大影響，在75℃時(shí)可膨脹微球還基本沒(méi)開(kāi)始起到作用，基本沒(méi)有膨脹，粘接強(qiáng)度還保持較高的數(shù)值，但是當(dāng)溫度不斷地提高，微球開(kāi)始不斷地膨脹，粘接件的粘接面逐漸減小，最終粘接強(qiáng)度減到最低。在90℃時(shí)就可以達(dá)到較佳的減粘效果。

2.3 減粘時(shí)間對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

本實(shí)驗(yàn)采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化劑、微球等的量和配比不變的情況下，固定可膨脹微球15%的含量，考察可拆卸雙組分膠粘劑在拆卸條件下，將粘接好的試樣在90℃水浴中，不斷地改變減粘時(shí)間后從水浴中拿出試樣，常溫下測(cè)試粘接強(qiáng)度。研究減粘時(shí)間對(duì)其粘接強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 減粘時(shí)間對(duì)粘接強(qiáng)度的影響Table 3 The effect of debonding time on the bonding strength

由表3可以看出，在水浴中的減粘時(shí)間對(duì)膠粘劑的強(qiáng)度有很大影響，膨脹10min時(shí)，微球膨脹的比例不高，粘接強(qiáng)度還保持較高的數(shù)值，但是當(dāng)時(shí)間不斷的延長(zhǎng)，微球開(kāi)始不斷的膨脹，粘接件的粘接面逐漸減小，最終粘接強(qiáng)度減到最低。不斷的延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)減粘的效果影響不大。在減粘30min時(shí)即可滿足工藝要求。

2.4 微球含量對(duì)減粘效果的影響

本實(shí)驗(yàn)采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化劑的量和配比不變的情況下，改變微球的含量，考察可拆卸雙組分膠粘劑在拆卸條件下，將粘接好的試樣在90℃水浴中，減粘30min，后從水浴中取出試樣，常溫下測(cè)試其粘接強(qiáng)度。研究微球含量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 微球含量對(duì)減粘效果的影響Table 4 The effect of microsphere content on the debonding effect

由表4可以看出，隨著微球的含量增大，減粘效果越來(lái)越好，但是綜合考慮膠粘劑的常溫下的粘接強(qiáng)度以及微球的成本，15%的比例較為合適。

2.5 微球含量對(duì)耐候性的影響

本實(shí)驗(yàn)采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化劑的量和配比不變的情況下，改變微球的含量，在不同耐候測(cè)試條件下的測(cè)試?yán)旒羟袕?qiáng)度變化，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 微球含量對(duì)耐候性的影響Table 5 The effect of microsphere content on the weatherability

從表5中能看出，在雙組分聚氨酯膠粘劑體系中加入膨脹微球?qū)δz粘劑的老化性能影響不大，衰減比例基本一致，微球量加到25%時(shí)，對(duì)老化強(qiáng)度的衰減比例上升。

3 結(jié)論

以聚醚多元醇、聚酯多元醇、多亞甲基多苯基多異氰酸酯（PAP I）、可膨脹微球?yàn)樵希苽涑隹刹鹦毒郯滨ツz粘劑。利用可膨脹微球在高溫下膨脹發(fā)泡，減少粘接面積，從而達(dá)到減粘的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索出最佳比例以及最佳減粘條件，可膨脹微球含量15%時(shí)，90℃水浴下30min具有較佳的減粘效果，能夠達(dá)到可拆卸的目標(biāo)。