胶黏剂与涂料论文

山东科技大学

粘合剂结课论文聚氨酯胶粘剂在汽车上的应用及研究进展

班级：高分子11-1

姓名：李先贺

学号：201101130718

聚氨酯胶粘剂在汽车上的应用及研究进展

摘要：介绍了汽车用聚氨酯胶粘剂的特点、品种、优点、应用和研究进展及发展趋势，并重点介绍了单组分湿固化聚氨酯、双组分聚氨酯胶粘剂、水性聚氨酯胶粘剂、聚氨酯反应性热熔胶等在汽车制造和修理上的应用现状及研究进展，指出汽车用聚氨酯胶粘剂将向环保和高性能方向发展。

关键词：聚氨酯；胶粘剂；汽车；应用

Abstract:Introduced automotive polyurethane adhesive characteristics, varieties, advantages, applications and research advances and development trends, and highlights the one-component moisture curing polyurethane, two-component polyurethane adhesive, water-based polyurethane adhesives, polyurethane reactive hot melt adhesive inon the status and progress in the automobile manufacturing and repair, and that the development of automotive polyurethane adhesive to the environmental protection and high-performance direction.

Key words：polyurethane；adhesive；automobile；application

随着我国汽车工业的快速发展,汽车用胶粘剂和密封胶的市场需求日益加大。新型汽车结构中引入大量的轻质金属、复合材料和塑料,造成汽车用胶粘剂和密封胶持续增长，汽车内饰件也是胶粘剂用量增长的一个领域。目前我国轿车每辆用胶约20kg，中型车16kg，重型车约22kg ，在2010年，我国汽车工业对各种类型的胶粘剂和密封胶的总需求量达到10万t，其中聚氨酯胶为1480t。按照胶粘剂的基础材料来分类可分为聚氯乙烯胶、沥青底涂胶、氯丁胶、丁基胶、丁苯胶、聚氨酯胶、环氧胶、丙烯酸酯胶等。聚氨酯胶粘剂有比环氧树脂胶粘剂更优良的韧性、室温固化性和对塑料件更好的粘接性,它的粘接强度高，耐冲击和耐化学品性能好，粘接材料范围广，在汽车等运动工具上的适应性更好。因此聚氨酯胶粘剂已在美、日等国汽车制造中获得了广泛的应用，成为汽车用主要胶种之一。

1汽车用聚氨酯胶粘剂的特点及主要品种

聚氨酯胶粘剂是多元异氰酸酯和多元醇反应的产物,因其主体树脂分子中含有大量极性基团和活性反应基团,可对多种基材(如金属、塑料、木材、织物、玻璃等)有极好的粘接性,并能

常温固化;使用不同原料配制聚氨酯胶粘剂,可以得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶粘剂,能满足不同基材粘接和使用条件的要求。聚氨酯胶粘剂还有一些特殊的优点,如极好的耐寒性、耐油性、耐磨性等。在汽车上应用最为广泛的聚氨酯胶粘剂主要有装配挡风玻璃(前挡风玻璃、侧窗和后窗)用单组分湿固化聚氨酯密封胶;粘接玻璃纤维增强塑料(FRP)和片状模塑复合材料(SMC)的结构胶粘剂、内装件用双组分聚氨酯胶粘剂及水性聚氨酯胶等。

2汽车用聚氨酯胶粘剂的优点

①在-40~+100摄氏度内有良好的粘接性能;

②由于韧性好,特别是低温韧性好,具有优良的耐冲击振动性,使用寿命长;

③由于含有大量极性基团和活性反应基团,对汽车使用的各种基材,如玻璃、塑料、金属等表面光洁的材料和各种内外饰材料及织物等,均有极好的粘接性能;

④调节聚氨酯胶的配方,可制成不同硬度和伸长率的胶粘剂,其粘合层从柔性到刚性均可任意调整,满足不同材料的粘接;

⑤聚氨酯胶可加热固化,也可室温固化,粘接工艺简便,操作性能良好。固化过程没有副反应产生,因此粘合层不易产生缺陷。

⑥聚氨酯胶具有良好的耐磨、耐油、耐溶剂、耐化学药品、耐臭氧以及耐细菌等性能。

3聚氨酯胶粘剂在汽车上的应用及研究进展

聚氨酯胶粘剂是以多异氰酸酯和聚酯或聚醚为主体材料的胶粘剂的总称。在分子结构中含有多个-NHC00和-NCO的都称聚氨酯，它是多元异氰酸酯和多元醇相互作用的产物。聚氨酯胶粘剂40年代在德国商品化，半个多世纪来逐渐开发和应用了多种类型的聚氨酯胶粘剂、密封胶，包括多异氰酸酯溶剂胶，反应型单、双组分溶剂胶，无溶剂反应型液。体胶，水分散型、热熔型及反应热熔型聚氨酯胶等。聚氨酯胶粘剂因其主体树脂分子中含有大量极性基团和活性反应基团，可对多种基材(如金属、塑料、木材、织物、玻璃等)有极好的粘接性，并具有很高的反应性，能常温固化；使用不同原料配制的聚氨酯胶粘剂，由于其配比不同。可以得到从柔软到坚硬的一系列不同硬度的胶粘剂，能满足不同基材粘接和使用条件的要求。特别是聚氨酯胶粘剂还有一些特殊的优点，如极好的耐寒性、耐油性、耐磨性、柔韧性等，因此在国外应用发展很快。

汽车用胶粘剂密封胶种类很多，分类方法也各异。若按其粘接强度，可分为高强度结构胶、中强度的准结构胶和不要求强度的非结构胶及密封胶。按其用途主要分为5大类：车身用胶，

内饰件用胶，风挡玻璃密封胶，刹车蹄片和离合器片胶粘剂，结合面液态密封胶。下面按照聚氨酯胶粘剂的不同种类结合汽车胶粘剂密封胶的分类来概述其在汽车装配和维修过程中的应用及研究进展。

3.l挡风玻璃用单组分湿固化聚氨酯密封胶

这是一种反应型密封胶,在其主体材料中含有端异氰酸酯基团,能在室温下与空气中的水分反应,形成高强度弹性体。单组分湿气固化聚氨酯挡风玻璃密封胶是“直接粘接法”最理想的胶粘剂,目前采用“直接粘接法”安装汽车玻璃几乎100%采用这种胶粘剂。使用这种胶,可以把挡风玻璃设计成宽敞明亮的流线型,能将玻璃和车身紧密地结合为一个整体,增强车身刚性及抗扭曲能力,保证密封效果,提高汽车安全性。这种密封胶由美国Essex化学公司于70年代初期最先开发研制成功,并最早在美国通用汽车公司得到应用。它在先进的汽车生产国应用已经普及。其特点是固化速度快、粘接强度高。

在过去相当长的一段时间内,我国汽车制造业一直从国外进口聚氨酯挡风玻璃胶,直到“八五”期间,研制开发这种胶才被列入国家重点科技攻关项目。为此,国内相关单位积极开发研制,如长春汽车材料研究所与吉林省华祥实业公司合作研制的汽车挡风玻璃胶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,加入改性剂PB,采用特殊的合成工艺,得到的产品主要技术指标达到国外公司同类产品水平。原山东化工厂从欧洲引进了该胶的生产技术,生产的AM 140单组分无溶剂聚氨酯挡风玻璃胶,已经迅速占领了中国的客车市场。深圳奥博胶粘剂化工有限公司采用国产原料和独特的合成配方和工艺,其产品的物理力学性能和工艺性能达到德国大众的标准。

目前,奥博公司的3种系列产品已开始在国内多家汽车厂得到应用。目前我国开发的产品在技术和质量上与国外尚有一定的差距,产品多用于高档客车。中国的轿车生产线还基本被国外同类产品占领着。我国的奥迪、切诺基、富康、小红旗、桑塔纳2000型及夏利轿车均采用聚氨酯挡风玻璃胶来装配玻璃,单车用量平均为800～1000mL。因此,进一步提高产品的性能,占领中国的轿车市场是当务之急,开发单组分湿固化瞬时定位型聚氨酯挡风玻璃胶应是下一步努力的方向。

3.2双组分聚氨酯胶粘剂

结构型胶粘剂是指应用于受力结构件粘接,能承受较大动负荷、静负荷,并能长期使用的胶粘剂。用于汽车结构部件的聚氨酯胶粘剂一般是无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂。

现代汽车广泛采用塑料、聚氨酯材料, 聚氨酯胶粘剂是粘接塑料和聚氨酯材料的最好胶粘剂之一。1967年美国Goodyear公司最先成功将双组分聚氨酯胶用于载重汽车的SMC发动机罩的粘接。随后美国通用汽车公司、福特汽车公司等相继用聚氨酯胶对大型载重卡车的SMC部件进行粘接,接着又推广到FRP(玻璃纤维增强塑料)部件的粘接。同时在卡车上用于顶棚、车门、水箱支架、驾驶室顶盖、车门板等部件的粘接均获得成功。1977年美国又采用聚氨酯系列胶粘剂用于轿车的发动机盖、驾驶室顶盖、车门板等零部件的粘接。随后日本等国也相继采用了这类技术。

近几年,上海康达化工有限公司致力于双组分快速固化型聚氨酯密封胶的开发研究。由于这种双组分聚氨酯密封胶能快速固化,可以提高生产率。其强度、伸长率等力学性能可按用户要求调整设计,以满足更高要求。可以预期这类聚氨酯胶具有很好的应用前景。

3.3 FRP、SMC材料用聚氨酯结构胶粘剂

由于汽车工业的发展要求汽车构件轻量化,近年来,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)广泛用于汽车上。

聚氨酯结构胶粘剂有单组分和双组分2种,用于汽车结构部件的聚氨酯胶粘剂一般是无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂。双组分聚氨酯胶粘剂对各种塑料、橡胶、金属、木材等都有良好的粘接性。对于玻璃、热塑性塑料、热固性塑料及金属涂层等热膨胀系数差异非常大的材料,双组分聚氨酯胶粘剂都具有良好的粘接性能。早在1967年,美国国际收割机(IH)公司就把双组分聚氨酯结构胶用于重型卡车的SMC发动机罩的粘接。福特汽车公司从1977年开始采用聚氨酯系列胶粘剂粘接小汽车的发动机罩、驾驶室顶、车身板等部件,到1981年该公司安装了完全自动化的用聚氨酯胶粘剂粘接汽车塑料部件的生产线。欧洲自1973年开始在汽车部件的粘接上取得很大的成效。日本20世纪70年代后期从美国引进聚氨酯胶粘剂技术,1984年起应用于丰田汽车公司几种轿车的生产中。

我国双组分聚氨酯结构胶粘剂研发和应用均较晚,大量由国外进口,1997年就进口了约4000t。为了改变这种现状,国内一些科研机构和生产企业也做了大量工作:如黎明化工研究院研制出双组分室温固化聚氨酯结构胶粘剂LMJ 962,性能达到意大利355牌水平。李志岩等人研制成一种汽车内饰件用双组分聚氨酯粘合剂,可粘合轿车内顶蓬各种材料,完全可以满足AUDI、

JETTA等轿车内顶蓬自动化流水线生产要求。

3.4 汽车内饰用水性聚氨酯胶粘剂

水性聚氨酯胶粘剂是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的胶粘剂,具有不燃、气味小、不污染环境、节能、操作加工方便等优点。20世纪80年代在国外首见应用于皮革涂饰、织物整理和涂料等,直到90年代才逐渐在汽车内饰件粘接上得到应用。水性聚氨酯胶的固含量可以按用户需要任意调整,黏度也能随意调节。可以常温固化,也可热固化。现在水性聚氨酯胶粘剂已开始用于汽车一些零部件的粘接,如汽车内饰件PVC人造革、仪表板、挡泥板、门板、地毡和顶棚内衬粘接等。还有如汽车顶棚用PVC薄膜复合聚氨酯泡沫或织物复合聚氨酯泡沫的软质顶棚等。

为了加速水性聚氨酯胶粘剂的应用进程,一汽长春富奥———江森自控汽车饰件系统有限公司已投入巨资,从意大利引进全套水性聚氨酯车顶棚内衬胶粘剂及汽车顶棚制造设备及模具,现已具备了自主生产高质量环保汽车顶棚的能力和为汽车行业配套豪华内饰件的条件。

现在国外又在致力于水性聚氨酯胶降低成本、提高性能的研究工作。美国LeungPakT公司等开发了适用于热成型层压工艺用的水性聚氨酯胶,其粘接强度和耐热性能远高于目前常用的溶剂型或其他水基型胶种,用它粘接成型的外复PVC膜制品,可用于制造汽车仪表板、门板和其他内饰件。日本还针对水性聚氨酯胶初粘力小的问题,在水基聚氨酯胶中引入环氧树脂,成功地研制出具有良好初粘性能的产品。

3.5反应型聚氨酯热熔胶粘剂

反应型聚氨酯热熔胶粘剂是在抑制化学反应的条件下,加热熔融成流体,以便于涂敷,冷却后胶凝起到粘接作用,之后借助于存在空气中或者被粘体表面的湿气与之反应、扩链,生成具有高内聚力的高分子聚合物,使粘合力、耐热性等进一步提高。这种反应型PU热熔胶是含有反应性基团的热塑性树脂胶粘剂,它的主体成分是端-NCO预聚体,配以与异氰酸酯基不反应的热塑性树脂和增粘树脂以及抗氧剂、催化剂、增塑剂、阻燃剂、防霉剂、填料等制成。反应型聚氨酯热熔胶主要在汽车顶棚、仪表板、行李箱盖、侧装饰条以及车灯中得到应用。此外,也可将其用于车门复合装饰件、PP、ABS、聚碳酸酯车灯罩粘接固定、货物箱箱板复合、车内装饰件粘接等。近年来,反应型聚氨酯热熔胶用于汽车风挡玻璃直接粘接也有报道,但要达到单组分湿气固化聚氨酯风挡胶的性能尚有许多研究工作要做。

4汽车用聚氨酯胶粘剂的发展趋势

我国汽车工业新材料、新工艺的不断应用，促进了汽车用聚氨酯胶粘剂的不断完善和专业化。预计到2010年，我国汽车工业对各种类型胶粘剂的总需求量将达到10万吨。由此可见，胶粘剂在车辆制造中的应用处于十分重要的位置，应用范围一也在不断扩大，用量也在不断增加。随着汽车向环保节能、安全舒适、轻量化、低成本、长寿命和无公害方向发展的需求，新型高品质汽车用聚氨酯胶粘剂的开发和应用必将愈来愈重要。

近年来，我国汽车胶粘剂的品种已经比较齐全，一些技术难度相对较高的汽车用胶在主要品种上已基本可以满足要求，但目前汽车用聚氨酯类胶粘剂在使用量和使用范围方面都和发达的汽车生产国有较大的差距，尤其是适应环保要求的水性聚氨酯胶粘剂、无溶剂型、和反应性热熔聚氨酯胶粘剂等正处于研制或小装置试生产阶段，尚无大量商品上市，市场上仍以进口产品为主。为了顺应全世界范围内限制挥发性有机化合物环保法规的要求，世界各国都在致力开发环保型黏合材料，包括水性、无溶剂型、热熔型胶粘剂。中国加入WTO之后，国外产品将会对国内市场造成一定的冲击，因此尽快开发出性能优良的环保型聚氨酯胶粘剂并取得具有自己的知识产权的成果，才能取得更大的经济和社会效益。

5总结

国内相关企业和研究单位应加快研究步伐,加强国内汽车工业用聚氨酯类胶粘剂的研制开发工作,尤其是单组分湿固化瞬时定位型聚氨酯挡风玻璃胶、FRP面板材料用聚氨酯结构胶粘剂、汽车内饰用水性聚氨酯胶粘剂等高性能、高功能的品种。另外,我国适应环保要求的水性聚氨酯胶粘剂、无溶剂型和反应性热熔聚氨酯胶粘剂等正处于研制或小装置试生产阶段。为了顺应全世界范围内限制挥发性有机化合物环保法规的要求,我国应致力开发环保型聚氨酯胶粘剂。以提高我国的综合实力和经济实力。

作为大学生的我们现阶段应该努力学好科学文化知识，了解和掌握胶粘剂有关的各方面知识，为我们毕业后找工作打下一定的基础，同时尽自己最大的努力为我国汽车行业做出一定的贡献，把自己建设成为21世纪的新青年。

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