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胶粘剂技术拓展汽车装配的新天地
2015-01-10


汽车胶粘剂是汽车生产所需的一类重要辅助材料。在汽车产品增强结构、密封防锈、减振降噪、隔热消音和内外装饰等方面起着特殊的作用。随着汽车向轻量化、高速节能、安全舒适、低成本、长寿命和无公害方向发展,胶粘剂应用技术在汽车上的作用愈加重要。了解国内外汽车胶粘剂开发应用的现状和研究动向,研制产供更适应汽车工业所需的车用胶新品种,把握未来的发展趋势和市场需求,瞄准国外先进水平,做好相关胶种的开发和应用,必将促进国内汽车制造水平的提高和胶粘剂行业的发展。

1、环保节能推动汽车胶粘技术的发展

胶粘剂技术的快速发展能让我们设计出车体更轻的汽车,并且也能让我们使用更薄的钢板。一些新平台已经开始采用这种新颖方法,期望很快就能获得更广泛的收益。福特(Ford)公司通过在车身上部使用抗冲撞耐久结构胶把2008福特福克斯车型的重量减少了3.7磅。减少了焊点,接下来的重点是要减少钢材的使用量。通用汽车公司广泛使用抗冲撞加强型胶粘剂,而不用铆接、热连接、搅拌摩擦焊等其他类似方式会很有好处,这样能减轻重量。如果最终不得不使用铆钉或什么其他东西来保证车身结构牢固安装在一起的话,在工厂中的紧固安装也会成问题。真正需要的是一种能马上固定和装配的粘结合。在欧洲和亚洲分别以Epsilon和Delta为标志开发的美国通用汽车公司新型车辆将会采用新开发的抗冲撞胶粘剂。新型欧宝(Opels)车也将使用这种先进的胶粘剂系统。在欧洲,汽车制造商必须在2012年以前把所有客车的二氧化碳排放减少到120g/km以下;在车身上使用结构胶粘剂是欧洲非常领先的技术。比如,防撞稳定型胶粘剂就正在被新梅赛德斯(Mercedes)和宝马(BMW)车型所使用。

汽车上的粘结结合,包括把玻璃粘结在法兰模板上,已经具有很久的历史了。车身的重量占整辆汽车的25%,是降低车辆重量的主要目标。直到最近几年,用在飞机和其他应用上的高强度胶粘剂才适用于汽车车身,因为以前的胶粘剂遭遇碰撞时过脆易碎,尤其是在较低的温度下。改变了抗冲击强度的双阶系统的开发为胶粘剂带来了技术突破。在被称作协同增韧增强过程中的化学反应会产生增强颗粒和增韧剂。增强颗粒可以减少碎裂并且能吸收能量。在胶粘剂固化之前,这些只有几纳米大小的柔软颗粒被均匀地分布在整个基质结构中。防撞稳定型胶粘剂可能会被广泛地使用在亚洲产的一种新车型上。防撞稳定型胶粘剂之所以能够适用于传统汽车生产系统是因为还出现了一项关键技术。那就是,这种胶一般在356F左右就能固化,这可以让预处理电涂加工不使用专用养护炉就可以使结构固化。这种材料的最新品类可以在-40~176F的温度范围内使用。

今天发展最快的技术是使用混合粘结。需要使用点焊或者其他传统紧固系统来提供初始强度。出现这种现状的另外一个因素是,作为整体车辆测试的一部分,用于预测新型防撞稳定型胶粘剂性能的仿真技术比较有限。取得很大使用进展的另一个领域是高强度钢,这种钢比较硬,所以如果不太当心的话就会很快把能量作用到焊点上。使用新型胶粘剂可以通过提供双能量管理系统来提高连接缝的完整性。如果能够在汽车规模的应用上可靠地预测粘结性能并且能开发出更快装配的胶粘剂的话,结构型胶粘剂下一代的重大技术突破就会出现。但现在的开发进步也很快,并且与很多种类的机械设计都有关联。就全球来说,汽车工业的挑战是在提高安全性、提高性能和让用户能买得起的同时来提高车辆的燃油效率,最近在连接技术方面最大的进展就是结构型胶粘剂的性能。使用机械紧固技术和结构胶粘剂,这种结构是2005年推出的,使用的大多是铝结构型材。在有焊点的地方使用了自冲铆钉连接,在封闭结构的单面连接上使用的是自攻螺丝。在粘结固化循环中,是这两种连接方法首先把结构固定在一起,并且能在碰撞中避免粘结点剥落。热固化结构型胶粘剂是其中主要的连接介质。据说这种系统能提供超常的扭转强度。

自冲铆钉(SPR)和胶粘剂的联合使用要比单独使用粘结剂具有强得多的抗剥落性能,其强度至少是单独使用铆接方法的三倍,另外,使用自冲铆钉可以在胶粘剂固化之前对主要结构进行夹具去电镀处理,在电涂过程中无需专家来固定就能保持其几何形状和尺寸。之所以需要这种新方法是因为点焊和MIG(metalInertGas,金属惰性气体)焊接会使铝材剥蚀。

2、车用胶粘剂的应用范围和性能指标

车用胶粘剂系指汽车生产过程中用到的各种粘接剂和密封胶,包括汽车焊装、涂装、总装发动机、底盘零部件和制造工艺用到的五大类胶种。一辆高品质的现代汽车,涉及30多种胶粘剂的应用,他们分别在汽车产品的构件增强、紧固防松、密封防锈、减振降噪、隔热消音、内外装饰以及简化制造工艺等方面起到了重要作用。

胶粘剂具有应用范围广,使用简便,经济效益高等许多特点。随着经济的发展与科技的进步,合成胶粘剂正在越来越多地代替机械联结,其应用已扩展到木材、加工、建筑、汽车、轻工、服装、包装、印刷装订、电子、通讯、航天航空、机械制造、日常生活等领域。现已成为一个极具有发展前景的精细化工行业。随着汽车工业的发展,高性能高品质汽车胶粘剂的开发和应用日益受到人们的重视。胶粘剂具有特殊功能和实用价值,在汽车生产中被广泛应用。世界上适于不同用途的胶粘剂达一万种以上,选用胶粘剂,需根据以下4项指标。

耐介质性能。空气、水、油、酸等统称个质,绝大多数胶粘剂抗空气介质性能最好,被粘接件在空气中的粘接强度最高。而在不同性质气体或注解体介质中的粘接力则差别较大,甚至和工作过程中接角的个质主要是空气、水、油和酸等。使用胶粘剂时,应选择耐使用介质的胶。粘接强度。每1cm2的粘合面,在常温和空气介质中的破坏力称为粘接强度,以MPa表示。粘接强度又分拉伸强度、剪切强度,扭转剪切强度和剥离强长度,分别指粘接件在不同受力方向的破坏强度。选择胶粘剂,应根据机械零件的位置和受力情误解选择与之相适应的强度胶。

耐温性能。指完全固化后的胶层可承受的温度范围,如某种耐温-60℃~120℃,即该粘及可在-60℃~120℃范围内适用,超过此限,粘接力明显下降。工程机械中的风冷发动机,机体温度可达130℃。液压油温可达120℃,选择粘接胶时必须在该种胶粘剂所能承受的温度范围内。

固化时间。固化时间可分为初固(或称固定)时间和全固时间。它是指粘接时胶粘剂在常温下同胶状转变成固体胶屋报所需的时间。初固是指胶层承受粘接件不因自重而脱落所需时间;全固是指胶层完全固化,并达到最高粘霎强度和耐介质性能最佳所需时间。胶粘剂按初固时间可分为瞬干胶(或快干胶)和慢干胶两种。瞬干胶的初固时间只有几秒或数十秒。对慢干胶若需缩短固化时间,可用热力吹、烘箱烘烤等措施加温,但加热温度和时间应按不同胶种而定。选择瞬干或慢干胶种,按粘接件的不同情况和工作需要而定。一般来说,慢干胶的粘接强度和抗介质性能优于瞬干胶。

以上几点是汽车生产中选择胶粘剂的基本原则,只有正确选择胶粘剂,才能达到预期效果,满足其机械的使用性能。

3、典型车用聚氨酯胶粘剂的技术特性及应用

近几年,轻质金属、复合材料和塑料等新材料在汽车上的应用使得汽车用胶粘剂和密封胶用量也持续增长,其中汽车内饰件是胶粘剂用量迅速增长的一个领域。另外,近年来,汽车上采用轻质高强度的工程塑料代替钢板的技术发展很快,特别是玻璃纤维增强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC)被广泛应用于汽车上。FRP、SMC制造的车身面板和外装件(如身顶篷、座舱顶盖等)在美国、欧洲和日本相继广泛采用,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。据统计,目前我国每辆轿车用胶约20kg,中型车约16kg,重型车约22kg。目前我国汽车工业对各种类型的胶粘剂和密封胶的年总需求量达到10万t,其中聚氨酯胶约1480t。聚氨酯胶粘剂在汽车中主要用于风窗玻璃胶、结构胶、滤芯胶和内饰胶。由于聚氨酯胶粘剂中含有强极性、高活泼性的异氰酸酯基团和氨酯基,与含有活泼氢的材料具有良好的化学粘接力,如泡沫塑料、木材、皮革、织物、纸张、陶瓷等多孔材料以及玻璃、金属、橡胶、塑料等表面光洁的材料。聚氨酯与被粘材料之间的氢键作用使分子内作用力增强,使得粘接更加牢固。通过调节固化后分子中软、硬链段的比例和结构,可获得不同硬度和伸长率的胶粘剂,其粘合层从柔性到刚性可任意调节。同时聚氨酯胶粘剂既可以加热固化,也可以室温固化,粘接工艺简便,操作性能优良,固化后的聚氨酯胶粘剂强度高,耐磨、耐水、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧性能良好,因此,在建筑、工业、汽车等国民经济各领域有着广泛的应用。聚氨酯胶粘剂在汽车上的应用如下:

风窗玻璃胶是指车窗玻璃与车身的固定密封,亦称密封胶。目前普遍应用单组分湿气固化聚氨酯密封胶。汽车的风窗玻璃现在几乎百分之百的使用单组分湿固化聚氨酯胶粘剂。此类胶粘剂结构中含有活泼的NCO基团,当暴露于空气中时能与空气中的微量水分发生反应,粘结时,它能与基材表面吸收的水以及表面存在的羟基等活性氢基团发生化学反应,生成脲键结构。因此湿固化型聚氨酯胶粘剂固化后的胶层组成是聚氨酯-聚脲结构。制备湿固化型聚氨酯胶粘剂常用的多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇。多元醇的分子量通常在500~3000之间。常用的异氰酸酯有MDI、TDI、HDI、IPDI等。湿固化胶粘剂的NCO含量通常在2%~10%之间,聚酯多元醇主链是一COO一键,该键极性大,粘结力比较强,而且由于该键内聚能大,使聚酯胶粘剂的耐高温性、耐油性好。但是该键容易水解,所以聚酯型的聚氨酯胶粘剂材料的耐水解性不理想。以聚醚多元醇为原料合成的聚氨酯树脂其主链上含有醚键结构单元,属于柔性链,而且醚键不易水解,故比相应的聚酯多元醇有较好的柔软性、耐水解性与耐低温性,但醚键的极性不如酯键,其粘结性和耐高温性不如聚酯型聚氨酯胶粘剂。因此,现在对单组分聚氨酯胶粘剂预聚体的研究大多都是围绕如何克服单一预聚体胶粘剂的缺点,得到综合性能高的单组分湿固化聚氨酯胶粘剂。当然,除胶本身的性能外,施工工艺对其最终性能也有较大的影响。施工工艺包括施工前的准备→清洁活化→涂底胶→施胶→玻璃装配→固定→清理→玻璃密封。每个过程都应按操作工艺认真仔细的操作,即使很小的疏忽将会造成使用中的薄弱环节,而影响其施工质量和使用寿命。

结构胶主要用于汽车部件的粘结,结构胶多采用无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂。结构型聚氨酯胶粘剂就是代替螺栓、铆钉或焊接等形式用来接合金属、塑料、玻璃、木材等的结构部件,属于长时间能承受较大动负荷、静负荷并能长期使用的胶粘剂。最初成功用于汽车部件的粘接是固特异公司的Pliogrip,它是无溶剂双组分反应型胶粘剂,早年用于载重汽车的5MC型发动机罩的粘接,随后通用、福特等公司相继于大型载重卡车的SMC(片状模塑料)部件上用其进行粘接,接着又推广到FRP(玻璃纤维增强塑料)部件。

合成的无溶剂结构型聚氨酯胶粘剂具有使用工艺简单,贮存、运输方便等特点,可室温固化或热固化,其胶层具有弹性和高剪切强度,在应用中已取得满意结果。为使结构型聚氨酯胶粘剂更具有竞争力,各国研究者正继续致力于大量的改性工作,如,为进一步提高耐热性及其强度,用环氧树脂改性聚氨酯胶粘剂,即将端异氰酸酯基(NCO)的预聚体与含环氧基团的醇反应,生成端环氧基的聚氨酯齐聚物,然后通过环氧基团与胺的反应而完成交联固化,从而制得具有较高硬度,高剪切强度和较高耐化学药品性的聚氨酯-环氧树脂-聚脲结构的胶粘剂。采用加入纳米填料改性的聚氨酯胶粘剂不仅可降低成本,还可改善其结晶性,使其剪切强度和初粘力大大提高;采用聚氨酯、丙烯酸酯接枝或共聚并与聚苯乙烯形成互穿网络的改性无溶剂聚氨酯胶粘剂可不用底涂剂,不仅可提高固化速度和初粘力,还可防止气泡的产生;采用不同结构的多元醇和不同结构的多异氰酸酯制得不同品种的胶粘剂以适应不同基材的粘接,使胶粘剂趋于功能化。

滤芯胶是指汽车滤芯器用胶,上世纪70年代开始,纸质滤芯滤清器开始在汽车工业大量使用,促使滤芯胶粘剂产业得到了很快发展,目前我国滤清器使用的胶粘剂年需求量已达到万吨以上。滤芯胶多用双组分聚氨酯胶粘剂。胶粘剂质量的好坏,直接影响滤芯器产品的质量和使用寿命,作为滤清器生产专业厂家,十分重视对胶粘剂的选择,并根据胶粘剂的特性制定合理的粘接工艺,提高产品质量。空气滤清器滤芯用胶粘剂为常温固化双组分聚氨酯胶粘剂,具有操作工艺简单、常温固化、无毒或低毒、快干,使用时不受气候和环境的影响等特点。

汽车内饰胶:内饰胶是指汽车顶棚、地板、地毯、仪表板、门板等内饰件的粘结,多采用水性聚氨酯胶粘剂。汽车内饰用泡沫背衬乙烯基塑料、织物与纤维板和其它硬质基材的粘接,过去一直使用溶剂型胶粘剂,随着环保法规的健全以及人们环保意识的增强,溶剂型汽车胶粘剂将会逐渐被环保型胶粘剂,如水基胶粘剂所取代,尤其是水基汽车内饰胶的推广应用势在必行。

随着新型汽车塑料部件的用量增加以及汽车内饰胶的不断水性化,水基胶粘剂在汽车上的用量将会不断增加,西欧、日本等先进的汽车生产国水基聚氨酯胶粘剂每年以8%~10%的速率增长,美国水基胶粘剂占总量的60%,日本的汽车内饰胶几乎全部实现水性化。我国目前已跃居为世界汽车生产大国,汽车内饰胶占到汽车胶总量的20%以上,如果内饰胶全部实现水性化,产量和经济效益将非常可观。

与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比,水性聚氨酯胶粘剂具有以下特点:粘度不随聚合物分子量的改变有明显差异,因而,可使聚合物高分子量化以提高其内聚强度;而溶剂型的粘度则随聚合物分子量的增高呈指数关系上升,交联时易产生凝胶。易与其他树脂或颜料混合以改进性能、降低成本。在相同固含量下,水性胶粘剂的粘度一般比溶剂型的低,当分散体粒径较小时,水性胶粘剂的粘度增大,而溶剂型的粘度随固含量增大而急剧上升。容易调配配方,易于清理。不燃、无毒,适用于易被有机溶剂浸蚀的基材,但干燥过程比溶剂型慢,耗能较大,初粘性比溶剂型差。水性聚氨酯也是在90年代才逐渐在汽车内饰中应用。目前,各国正在进一步致力于水性聚氨酯胶粘剂降低成本,提高性能的研究工作。美国Leung、PakT等开发适用于热成型层压工艺的水性聚氨酯胶,粘接强度和耐热性远高于目前使用的溶剂型或其它水基胶所粘接成型的外覆PVC膜的制品可用于汽车仪表板、门板以及其它内饰件。日本针对初粘力小的问题,在聚氨酯结构中引入环氧树脂,成功研制出具有良好初粘性的产品。

根据目前看来,溶剂型聚氨酯胶粘剂在今后的一段时间内还将占有相当大的市场份额,今后的研究应在降低成本、水性聚氨酯的相关助剂、实现水性聚氨酯的系列化以及功能化、加强和完善对水性聚氨酯的理论和机理等方面加大研究力度。

4、国内汽车胶粘剂的应用现状

我国汽车工业在过去相当长的一段时间内发展缓慢,胶接密封技术在汽车上的应用也同样处于很低的水平,表现为汽车胶粘剂品种少,技术含量低,汽车厂家对车用胶的作用也缺乏认识。80年代以来,我国汽车工业引进了整车整机和关键零部件制造技术近70项,随着引进技术消化吸收工作的不断深入,汽车粘接与密封技术得到较快发展,各种不同用途的汽车胶粘剂如雨后春笋出现。特别是20世纪90年代以来,我国改革开放的大好形势推动了汽车工业尤其是以轿车为代表的各类乘用车的快速发展,高品质汽车对胶粘剂的需求,使该类产品在研究、生产和应用方面呈现了向高性能、多品种、系列化和专业化方向发展的态势,一些高性能高技术含量的汽车胶粘剂,如高强度预涂型微胶囊厌氧胶、湿固化聚氨酯挡风玻璃胶、双组分喷涂型水基顶棚胶等胶种的开发应用成功,标志着国内汽车用胶提高到一个崭新的水平。具有雄厚研发实力的科研院所,他们紧密联合汽车厂家,开展了一些高技术含量的汽车胶研制,为汽车行业引进车型厂家材料国产化做出积极贡献。具有较高研发水平且具相当生产规模的胶粘剂企业,他们紧靠汽车工业用胶市场,形成了各具特色的汽车胶粘剂拳头产品,为汽车行业提供了百余种粘接剂和密封胶,支持了我国汽车工业的发展,成为我国汽车胶粘剂生产的骨干企业。代表当今先进工业国家汽车用胶水平的胶粘剂合资企业,他们将国外先进的车用胶产品引进我国汽车工业用胶市场,满足了国内引进车型厂家对一些特定胶种应用的需求,促进了我国胶粘剂行业的进一步发展,也是国内汽车胶粘剂行业的重要产供厂商。具有一般研发和生产能力的诸多中、小型汽车胶粘剂生产企业,他们以自己较高的产品质量、较低的产品价位和良好的售后服务,为许多汽车厂家提供能满足一般技术要求的各自特长的车用胶产品,在国内汽车胶粘剂市场中也占有相当的份额。

近10年来,我国汽车工业的快速发展带动了相关工业的发展,汽车胶粘剂行业百花齐放百家争鸣的局面已基本形成。目前,涉及汽车整个制造过程所需的多个胶粘剂品种,如车身焊装用的点焊胶、折边胶、减振胶,车身涂装用的焊缝密封胶,抗石击涂料、隔热阻尼胶板,车身内饰用的顶棚胶,丁基胶带、风挡玻璃胶,发动机和车桥等平面密封用的各类液态密封胶,螺纹件锁固或密封用的各类厌氧胶,汽车零部件用的刹车蹄片胶,车灯密封胶,滤清器滤芯胶以及制造工艺所需的各种型砂粘结剂、模具胶和喷漆保护胶带等等,国内基本上都有相应的产品,从而为汽车厂家提供了较为广阔的选用空间。

目前,涉及汽车整个制造过程所需的5大类胶种,即车身、内饰、发动机、底盘零部件以及汽车制造工艺用胶的品种,如车身磷化处理前用的点焊密封胶、折边胶、增强防振胶和车身中涂前用的焊缝密封胶、抗石击涂料、隔热阻尼胶板和指压密封胶,车身内饰用的顶棚胶、丁基密封胶带,发动机平面密封用各类液态密封胶,螺纹件锁固密封用各种厌氧胶,零部件用的刹车蹄片胶、车灯密封胶、滤清器滤芯胶以及制造工艺所用的各种压敏胶带等等,国内基本上都有相应的产品。现在就整个汽车行业来说,汽车胶粘剂的应用,无论是用胶品种,还是使用部位以及单车平均用量均已接近世界先进水平。但是还应当看到,国产胶粘剂品种虽然发展很快,但仍未能完全满足汽车工业使用的特殊要求。其表现是胶粘剂品种不全,有的产品性能尚有差距,质量不够稳定,产品没有形成系列化、标准化,部分品种和原材料还需进口。此外,国内相关行业对汽车工业所需的专用涂胶设备的研制远远落后于汽车胶粘剂品种的开发,在某种程度上限制了优异胶种的推广应用或良好性能的体现。

5、汽车胶粘剂的研究和应用

汽车制造向节能、环保、安全舒适、低成本长寿命发展的趋势对汽车胶粘剂的使用性能和工艺性能提出了越来越高的要求。国内外几种主要汽车胶粘剂的研究和应用情况如下。

汽车折边胶。折边胶作为一种车用结构胶,主要用于车门、发动机罩盖和行李箱盖板的内外折边部的粘接,取代原有的点焊结构。折边胶主要品种有环氧树脂类、聚氯乙烯类、聚丙烯酸酯类3种类型。环氧树脂类折边胶粘接强度高,受热分解时无腐蚀性气体放出,综合性能好,是目前国内外汽车厂家应用最多,也是人们对其进行性能改进研究最多的一类结构胶。环氧树脂类折边胶国产化品种较多,这些品种基本上都是按照相关汽车厂家引进车型的技术要求进行开发研制的。为了制得适用于南汽依维柯车型要求的半结构型折边胶,晨光化工研究院采用聚氨酯改性环氧树脂的技术路线,将制取的互穿网络聚合物EPU作为胶料的基材,按不同配比制得不同粘接强度和伸长率的汽车用半结构胶。同时还研制了既能对预聚体的NCO基起作用,又能降低双氰胺固化剂分解温度,配胶后作双氰胺促进剂,在常温下可长期贮存,而在150~180℃又能迅速固化的固化促进剂ICN,研制的CA-3、CA-4半结构胶的性能达到意大利油漆公司的同类产品水平。

东风汽车公司在轻型车车门折边胶的开发应用中,采用端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂的方法,合成具有较高活性的嵌段共聚物预聚体并以此为基材成分,调整其他配合剂,研制出具有良好触变性、油面附着性、低温流动性和高强度(剪切强度>20MPa)及较高韧性(T形剥离强度>30N.cm-1)的折边胶,其综合性能与美国PPG公司的同类产品CorabondHC7707折边胶相当。为提高工件折边部位胶粘剂的填充率和降低胶料的预固化温度,日本研制出“模拟固化”或“假固化”的环氧折边胶。其方法是在环氧树脂中加入具有一定形状的固体丙烯酸酯粉末,这种固体粉末在112~115℃的较低温度下膨胀形成胶化薄膜,在环氧树脂还未反应时形成“假固化”。为了减轻汽车质量,汽车用钢板在尽可能地减薄。传统的感应加热固化折边胶在较高的预固化温度下可能会导致薄钢板组件变形,而能在较低感应加热温度下固化的单组分环氧树脂类折边胶又存在贮存期较短的问题。由美国最新开发的一种低温感应固化环氧树脂折边胶成功地解决了上述问题。其特点是在环氧树脂基材中加入一种改性胺固化剂,这种改性胺的活化温度远低于标准的双氰胺/脲固化体系,在较低的感应加热温度下(此温度远低于导致钢板发生形变的温度)胶料便可实现预固化,并呈现出对电镀锌钢板、热浸镀锌钢板和铝合金钢板等材料的良好粘接特性。

顶棚胶粘剂。顶棚胶粘剂是指车身内饰软质或硬质顶棚材料粘接用胶。软质顶棚由PVC表皮材料或织物与PU软泡塑料复合而成,硬质顶棚由瓦楞纸与毛毡等材料制做。长期以来,车身软质顶棚的粘接用胶是溶剂型氯丁橡胶类胶粘剂,这类胶粘剂初粘性好,胶层柔韧,常态粘接强度较高,适合汽车流水线生产使用,但胶中有毒溶剂污染环境、损害工人健康且存在火灾隐患,溶剂对PVC表皮内增塑剂易引起PVC折皱或变色而影响美观;另外,胶层耐热性差易引起顶棚脱落。开发能克服这些弊端的水基顶棚胶为汽车制造厂所期望。80年代初期,日本研制成功喷涂混合型水基顶棚胶,并在日本汽车行业得到推广应用。这种胶粘剂是一种由聚丙烯酸酯乳液为主剂和能对该乳液起快速凝胶作用的有机金属盐水溶液为胶凝剂的双组分水基胶。使用中2组分按一定比例经双口喷枪高压喷出后雾化混合并在被粘材料PU软泡上面瞬时凝胶,生成的胶膜便具有粘接性能。东风汽车公司开发研制了双组分水基顶棚胶,其各项性能指标达到日本双组分水基胶的技术水平,并在重卡车型上获得应用。双组分水基胶在使用中对主剂和胶凝剂的配比有较严格的要求,需要配置具有一定压缩比的主剂泵、2组分比例调配的控制系统和双口喷枪的喷胶设备,使其应用范围受到一定限制。

焊缝密封胶。焊缝密封胶是车身涂装时用到的一类重要胶种,车身面漆前涂于外焊缝,固化后成为具有一定粘接强度的弹性体,能有效地起到密封防漏、增强车体防锈能力和增加车体美观性能的作用。较早以前,用于车身焊缝密封的胶种是需在现场按比例调配使用的双组份聚硫橡胶型密封胶,80年代后期,已被PVC塑溶胶所代替,满足一般使用需求的通用型PVC树脂型焊缝密封胶目前国内已有许多生产厂家,近年来,随着PVC树脂的技术进步和增粘剂、微交联树脂以及纳米材料的应用,各具特色的高性能的PVC树脂型焊缝密封胶不断得到开发与应用,还有油面粘接型,耐前处理液型的PVC塑溶胶开发应用的例子也不乏存在,如LY-2A焊缝密封胶,适用于焊装工序或涂装工序车身内外板缝、焊缝的密封,该产品油面粘附性好,可以将车身所有板缝焊缝、接缝、卷边等在进入前处理线之前全部密封,对电泳漆系统无不良影响,随底漆、中涂和面漆烘烤温度固化后,具有良好的粘接强度、弹性、密封性和耐久性。焊缝密封胶的另一开发应用动态是变湿法为干法施工;即以胶带形态代替糊状形态,特别是用于车身外焊缝密封,如双排座的车身顶盖外焊缝的密封,除了操作方便和环境清洁外,产品外观平整光滑,大大提高丁车身的密封防锈性和美观性。

挡风玻璃粘接密封胶。采用“直接粘接法”进行轿车和高档客车风挡玻璃的装配,是现今国内汽车厂家已普遍采用的一种先进技术。与传统的橡胶密封条固定风挡玻璃的装配工艺相比,它具有固定强度高、密封性能好、装配工艺简单、外观美观等突出特点。单组分湿气固化型聚氨酯粘接密封胶是“直接粘接法”最理想的胶粘剂。这种胶粘剂由美国Essex化学公司于70年代初期最先开发研制成功,并作为聚硫橡胶胶粘剂的替代产品最早在美国通用汽车公司得到应用。单组分聚氨酯风挡玻璃胶通常需与玻璃底剂和漆面底剂配套使用,经湿气固化后的胶料,要求其粘接剪切强度大于3.5MPa,拉伸强度大于5.0MPa,断裂伸长率达350%以上,另要求在室温下能快速固化,操作堆积性要好,通常条件下贮存期要在6个月以上。由于这些独特性能和工艺性能的苛刻要求,加之国内原料和设备的缺乏,研制和生产这种产品非常困难。因此,国内一些引进车型风挡玻璃的粘接装配所用单组分聚氨酯胶均靠进口。为适应国内汽车工业发展的需要,单组分湿固化聚氨酯风挡玻璃胶被列为国家重点科技攻关胶粘剂新品种开发项目之一。为此,国内相关研究单位积极开发研制,该研制工作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,使用中产品性能达到轿车风挡玻璃胶粘剂/密封胶技术要求。近年来,单组分湿固型聚氨酯风挡玻璃胶的开发研究又有新进展,国内奥博公司研制的该类产品采用国产原料,采取独特的合成配方和工艺。同时研制成功适用于金属、玻璃、漆面等4种底胶。其产品的物理机械性能和工艺性能达到德国大众标准。目前系列产品已开始在国内多家汽车厂得到应用。

隔热阻尼胶板。隔热阻尼胶板用于汽车底板、车门内板、侧围的铺放,其作用主要是起隔热、隔音和减振降噪的作用,在汽车生产中也是用量最大的成形胶接密封材料之一。广泛应用于重、中、轻、微、轿各种车型上。目前国内有多家生产。国内现有隔热阻尼胶板产品大都以沥青和再生橡胶为主体材料,其热熔型、自粘型和磁性型三种基本型产品目前虽然可以满足国内大多数汽车厂家的使用要求,但该类产品向着降低密度和无沥青基材方面发展的趋势。由于沥青阻尼胶板可能存在的因受热和长期使用老化后分解有害物质有损人体健康的问题,开发使用无沥青阻尼胶板已逐渐得到人们的重视。有资料报道,国外斯太尔、曼以和奔驰等汽车公司已采用无沥青阻尼胶板。目前在斯太尔公司新建的油漆涂装生产线上,使用了两种无沥青阻尼材料,其主要成分是聚丙烯酸酯和聚醋酸乙烯酯类。第一种是热熔型的,使用传统工艺在底漆完成后铺放,第二种为喷涂型的,是在底漆之后对所需用部位进行喷涂,厚度可达3~5mm,然后和防石击涂料一起烘烤固化。这种喷涂型阻尼材料与传统的予成型阻尼胶板相比,具有整体密封性能好、粘接强度高、弹性好、耐寒性能优异的特点。

可预涂微胶囊厌氧胶。可预涂微胶囊厌氧胶是厌氧胶系列的新品种。由于预涂胶可节省生产装配线的涂胶设备,简化现场操作,提高生产效率并能有效地确保粘接密封质量而被国内外汽车制造厂家广泛采用。70年代初,美国乐泰公司开发出系列微胶囊厌氧胶产品及相应涂布工具,其5种预涂胶分别适用于不同强度和使用温度要求,技术水平居世界领先地位。80年代,国内开发出水基型的GY-540中强度胶和溶剂型的ZY-N1中强度胶,由于外观和性能与乐泰公司同类产品相比差距较大,不适合机械涂布以致应用受到限制。为实现可预涂高强度微胶囊厌氧胶的国产化,中科院广州化学研究所和东风汽车公司合作研制成功了高强度微胶囊厌氧GY-560胶。该胶属于高强度级锁固密封用可预涂水基型双组分胶,适合于钢、镀锌、磷化螺纹件等金属螺栓的预涂锁固密封,可机械涂布或手工涂布。产品综合性能达到美国乐泰公司Dri-Loc204胶技术水平,且产品价格较国外同类产品有着明显的优势。东风汽车公司每年有400多万个预涂螺栓采用此胶用于多种车型生产。

6、车用胶粘剂的发展趋势

汽车制造向节能环保、安全舒适、低成本长寿命发展的趋势对汽车胶粘剂的使用性能和工艺性能提出了越来越高的要求,开发应用高性能高品质的汽车胶粘剂,适应汽车工业发展的需求,近年来已有多方面的成果,如车身焊装用点焊密封胶和补强减振胶带、车身内饰用双组分喷涂型水基顶棚胶,湿气固化型单组份聚氨酯风挡玻璃胶,发动机等结合平面用耐油硅酮密封胶,螺纹件锁固用予涂型高强度微胶囊厌氧胶等。车用胶粘剂的发展有如下趋势:无毒不燃、无环境污染且具有良好初粘性的水基胶(如内饰用单组分水基胶)和热熔胶(如车身硬质顶棚胶和车身顶盖外焊缝用热熔胶带)。

降低制造成本、减轻车身质量和具有较宽工艺适应性的塑溶胶(如低密度或低温塑化PVC类焊缝胶和抗石击涂料)。

适应特定工艺要求或产品使用要求的汽车专用胶(如瞬时定位单组分湿固化型聚氨酯挡风玻璃胶、平面密封用可剥性更好的耐油硅酮密封胶、耐高温刹车蹄片胶等)。随着我国环保法规日趋严格,人们环保意识的日趋增强,环保型胶粘剂正在而且仍将会成为合成胶粘剂的主流。胶粘剂生产向上规模、上水平的大企业集中。随着市场竞争的日趋激烈,用户对产品质量和性能的要求也在日益提高,作坊式的小生产企业将会被淘汰,合成胶粘剂生产将向上水平、上规模的企业集中。

水性胶发展前景广阔。水性胶不含有机溶剂,无污染,是环保型胶粘剂,也是快速增长的胶种之一。

应开发水性聚氨酯胶粘剂(用于复合薄膜、汽车内饰件等)、反应性熔胶(用于汽车车灯、零部件、家用电器塑料件等)、100%液体反应PU胶(结构粘接)、高性能(如无底涂)的汽车风挡玻璃粘接封胶、蒸煮袋用复合薄膜聚氨酯胶(产品性能达到国际水平,如日本AD502等)以及与其配套的交联固化剂,触变剂等。

热熔胶和热熔压敏胶发展迅速。热熔胶无污染,固化迅速,粘接面广,适合于连续化生产,便于贮存和运输,近年来得到了迅速发展,是我国增长最快的胶种。这些环保型胶种均是胶粘剂中增长最快的。

高性能胶粘剂将迅速发展。根据市场需要,今后我国高品质、高性能胶粘剂的发展重点是改性丙烯酸酯胶、聚氨酯胶、环氧胶和有机硅胶等,再粘性好的球形状丙烯酸酯压敏胶(用于留言记事帖)和高粘接强度的改性丙烯酸酯胶、压敏胶及胶带。如剥离强度≥12N/cm压敏胶带。

7、结束语

随着汽车制造技术的不断提高,汽车胶粘剂新品种的开发应用方兴未艾,涉及汽车整个制造过程所需的五大类胶种,大小品种40种以上。在我国化工工业不断发展、原材料日益丰富,合成方法和生产设备不断创新的过程中,适应汽车用胶的品种将会不断增加,今后汽车用胶粘剂品种将会向着绿色环保型、高性能型、多功能型方向发展,适合汽车产品使用要求和工艺性能要求的水基胶、热熔胶、低密度塑溶胶、高强度结构胶等将会得到更多的应用。