汽車用聚氨酯膠粘劑

1、前言

汽車用膠粘劑/密封膠按應用部位分類，可分為汽車車身用膠、汽車內飾用膠、汽車發動機底盤用膠、汽車零部件用膠、汽車制造工藝用膠五大類。 2007年按不同車型的單車用膠量推算，汽車用膠年消耗量約為12萬t，其中單組分濕固化聚氨酯風擋玻璃膠， 2007年年消耗在5500t左右。另外尚有汽車頂棚內襯水基聚氨酯膠等尚未統計。近幾年，我國聚氨酯膠粘劑年需求量以平均30%的速度增長。

2、汽車用聚氨酯膠粘劑的常用品種及應用

（ 1）汽車用PU膠粘劑的優點是：

①在-40~+100℃內有良好的粘接性能；

②由于韌性好，特別是低溫韌性好，具有優良的耐沖擊振動性，使用壽命長；

③由于含有大量極性基團和活性反應基團，對汽車使用的各種基材，如玻璃、塑料、金屬等表面光潔的材料和各種內外飾材料及織物等，均有極好的粘接性能；

④調節PU膠的配方，可制成不同硬度和伸長率的膠粘劑，其粘合層從柔性到剛性均可任意調整，滿足不同材料的粘接；

⑤PU膠可加熱固化，也可室溫固化，粘接工藝簡便，操作性能良好。固化過程沒有副反應產生，因此粘合層不易產生缺陷。

⑥PU膠具有良好的耐磨、耐油、耐溶劑、耐化學藥品、耐臭氧以及耐細菌等性能。

汽車工業技術的發展要求汽車構件輕量化，因此大量采用塑料零部件，特別是高強度的FRP（玻璃纖維增強塑料）和SMC（板材模塑復合材料），這些零部件需用PU結構膠與密封膠進行粘接裝配。隨著現代汽車車速的不斷提高，對車窗風擋玻璃的安全性提高了要求，采用了風擋玻璃的直接粘接工藝，大量使用單組分濕氣固化PU膠粘劑。為了改善PU膠環保性能，開發了水基型PU膠粘劑和無溶劑PU結構膠及反應型PU熱熔膠等等。

（ 2）單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑

將汽車風擋玻璃直接粘接到車體的工藝始于20世紀60年代的美國。單組分濕氣固化PU膠粘劑最先由美國ESSEX化學公司在20世紀70年代初研制成功，并成功應用于美國通用汽車， 1976年奧迪汽車公司也在奧迪C2車型上應用。隨后日本及其他歐洲汽車廠家相繼采用風擋玻璃的直接粘接工藝。由于施工簡便并采用機械施膠，目前世界上95%以上風擋玻璃及側窗玻璃的粘接采用這種膠粘劑。

單組分濕氣固化PU膠粘劑由于含有活潑的-NCO基團，能與被粘面上或空氣中的微量水分發生反應而固化。單組分濕氣固化PU風擋玻璃膠要求對濕氣敏感，固化速度快，固化后又要保持優良的彈性，而且要求為單包裝，貯存穩定性好。它是汽車用膠中技術含量較高的產品，也是目前我國汽車用PU膠類中用量較大的品種。

采用這種玻璃粘接密封工藝，能使風擋玻璃和車身緊密地結合成一個整體，增加了車體剛性及抗扭曲能力，又保證了密封效果。美國聯邦汽車安全標準（ FMVSS）第212項規定，汽車以50km/h速度與混凝土墻壁沖撞時，風擋玻璃的粘接完整率必須在75%以上。目前美、日、德、法等和我國在轎車風擋玻璃的安裝中幾乎全部采用此工藝，同時在客車的風擋和側窗玻璃也大多采用了粘接方法。

單組分PU膠的其他應用例：如一汽的J5、 J6等系列卡車的原設計為平頂鋼板頂蓋，為適應長途運輸加裝臥鋪的需要改為高頂，并將頂蓋改為SMC材料，選用了單組分PU膠粘劑進行粘接。還有小紅旗轎車的行李箱備胎槽也采用同樣粘接工藝。另外，一汽的小紅旗轎車和一汽大眾汽車公司生產“寶來”轎車等的頂棚均采用PU膠粘劑，使頂棚和頂蓋粘成一體，在增強頂蓋強度的同時，又達到了減震和降噪的目的。

單組分濕氣固化型PU膠粘劑適用于多孔性表面粘接，對玻璃和金屬等非孔性表面，通常需與玻璃活化劑、玻璃底膠、漆面底劑配合使用。為了確保風擋玻璃與車體粘接性能可靠，在玻璃表面涂布底膠是必要的，它可提高PU膠粘劑在玻璃層上的粘接強度。

為了提高施膠速度和質量，目前各大汽車公司均采用機械手自動涂布單組分濕氣固化型PU膠粘劑。自動涂膠系統由涂膠泵、計量裝置、機械手、涂膠槍和工作臺組成。為了保證涂膠量的穩定性，通常采用帶有加熱系統的壓盤和輸膠管路。使用自動涂膠系統要保證每次更換膠桶時排出空氣，防止出現氣泡，還要確保槍嘴的清潔，保證涂膠量準確。

目前單組分PU膠已實現了國產化，并在汽車行業得到部分應用。但由于這種單組分PU膠使用時需要配套玻璃活化劑和漆面、玻璃底劑，才能保證足夠的粘接強度，而且固化速度較慢，裝配工藝繁瑣，為此又出現了不用涂活化劑、底劑和瞬時定位型風擋玻璃膠。如在風擋玻璃裝配時通過配備加熱涂布裝置，使微熱的膠料對被粘面立刻產生較高的初粘強度，保證了車窗玻璃的定位，然后逐步達到完全固化，從而解決了PU膠固化速度慢、需要夾具配合裝配的不便。

單組分濕氣固化PU風擋玻璃膠粘劑正在應用和開發的品種有:1）高模量型單組分PU玻璃膠粘劑； 2）高接觸粘性型單組分PU玻璃膠粘劑； 3）預涂單組分PU膠粘劑及工藝； 4）硅烷改性PU粘接密封劑； 5）低導電性單組分PU膠粘劑，用于防止引起鋁質車體的腐蝕和對天線接收效果的不良影響。

（ 3）汽車內飾件用水基PU膠粘劑

水基PU膠粘劑是指聚氨酯溶于水或分散于水中而形成的膠粘劑，具有不燃、氣味小、不污染環境、節能、操作加工方便等優點。 20世紀80年代在國外首見應用于皮革涂飾、織物整理和涂料等，直到90年代才逐漸在汽車內飾件粘接上得到應用。水基PU膠的固含量可以按用戶需要任意調整，黏度也能隨意調節。可以常溫固化，也可熱固化。現在水基PU膠粘劑已開始用于汽車一些零部件的粘接，如汽車內飾件PVC人造革、儀表板、擋泥板、門板、地氈和頂棚內襯粘接等。還有如汽車頂棚用PVC薄膜復合聚氨酯泡沫或織物復合聚氨酯泡沫的軟質頂棚等。

為了加速水基PU膠粘劑的應用進程，一汽長春富奧---江森自控汽車飾件系統有限公司已投入巨資，從意大利引進全套水基聚氨酯車頂棚內襯膠粘劑及汽車頂棚制造設備及模具，現已具備了自主生產高質量環保汽車頂棚的能力和為汽車行業配套豪華內飾件的條件。

現在國外又在致力于水基PU膠降低成本、提高性能的研究工作。美國LeungPakT公司等開發了適用于熱成型層壓工藝用的水基PU膠，其粘接強度和耐熱性能遠高于目前常用的溶劑型或其他水基型膠種，用它粘接成型的外復PVC膜制品，可用于制造汽車儀表板、門板和其他內飾件。日本還針對水基PU膠初粘力小的問題，在水基PU膠中引入環氧樹脂，成功地研制出具有良好初粘性能的產品。

（ 4）雙組分PU結構膠粘劑

結構型膠粘劑是指應用于受力結構件粘接，能承受較大動負荷、靜負荷，并能長期使用的膠粘劑。用于汽車結構部件的PU膠粘劑一般是無溶劑雙組分PU膠粘劑。

現代汽車廣泛采用塑料、聚氨酯材料， PU膠粘劑是粘接塑料和聚氨酯材料的最好膠粘劑之一。 1967年美國Goodyear公司最先成功將雙組分PU膠用于載重汽車的SMC發動機罩的粘接。隨后美國通用汽車公司、福特汽車公司等相繼用PU膠對大型載重卡車的SMC部件進行粘接，接著又推廣到FRP（玻璃纖維增強塑料）部件的粘接。同時在卡車上用于頂棚、車門、水箱支架、駕駛室頂蓋、車門板等部件的粘接均獲得成功。1977年美國又采用聚氨酯系列膠粘劑用于轎車的

發動機蓋、駕駛室頂蓋、車門板等零部件的粘接。隨后日本等國也相繼采用了這類技術。

近幾年，上海康達化工有限公司致力于雙組分快速固化型PU密封膠的開發研究。由于這種雙組分PU密封膠能快速固化，可以提高生產率。其強度、伸長率等力學性能可按用戶要求調整設計，以滿足更高要求。可以預期這類PU膠具有很好的應用前景。

（ 5）反應型PU熱熔膠粘劑

反應型PU熱熔膠粘劑是在抑制化學反應的條件下，加熱熔融成流體，以便于涂敷，冷卻后膠凝起到粘接作用，之后借助于存在空氣中或者被粘體表面的濕氣與之反應、擴鏈，生成具有高內聚力的高分子聚合物，使粘合力、耐熱性等進一步提高。這種反應型PU熱熔膠是含有反應性基團的熱塑性樹脂膠粘劑，它的主體成分是端-NCO預聚體，配以與異氰酸酯基不反應的熱塑性樹脂和增粘樹脂以及抗氧劑、催化劑、增塑劑、阻燃劑、防霉劑、填料等制成。反應型PU熱熔膠主要在汽車頂棚、儀表板、行李箱蓋、側裝飾條以及車燈中得到應用。此外，也可將其用于車門復合裝飾件、 PP、 ABS、聚碳酸酯車燈罩粘接固定、貨物箱箱板復合、車內裝飾件粘接等。近年來，反應型PU熱熔膠用于汽車風擋玻璃直接粘接也有報道，但要達到單組分濕氣固化PU風擋膠的性能尚有許多研究工作要做。

（ 6）聚氨酯型植絨膠

近年來，我國從國外引進多條靜電植絨生產線。在汽車上植絨膠主要用于各種不同基材面上植絨，如EPDM密封條、 PVC、 ABS、 PC、PP、金屬等材料。現在市場上靜電植絨膠粘劑采用丙烯酸酯膠粘劑類較多，但粘合牢度較差，一般干濕擦牢度在2000~4000次左右，而采用聚氨酯類靜電植絨膠粘劑干濕擦牢度一般在萬次以上。 PU植絨膠可分為溶劑型和無溶劑型、單組分和雙組分型。

3、結束語（ 1）單組分濕氣固化PU風擋膠粘劑，急需開發固化速度快、可紫外線固化和對濕度不敏感的聚氨酯風擋玻璃膠粘劑以取代進口。

（ 2）國內汽車行業尚未建立汽車膠粘劑/密封膠材料性能標準和專用試驗方法標準，既影響了汽車膠粘劑/密封膠在汽車行業的應用進程，也制約了汽車用膠研制和生產單位的規范和發展，難以建立完善的質量保證體系。

（ 3）由于我國對汽車工業用膠還沒有制定嚴格的環保法規，加上汽車廠家出于對成本的考慮，環保汽車用膠的開發和應用還未得到高度重視，存在環境污染的溶劑型膠粘劑在汽車行業仍有使用。

（ 4）滿足一般使用要求的通用型汽車膠產品較多，而用于特殊需要的高技術含量、性能高的產品比較少。自主創新能力較弱，研發能力有待進一步提高。

來源：【聚氨酯】雜志，2010年1月，總第92期，版權屬原作者。