膠行業應用｜汽車用聚氨酯膠粘劑的常用品種及應用

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、汽車製造工藝用膠五大類。近幾年，我國聚氨酯膠粘劑年需求量以平均30%的速度增長。

一

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由於韌性好，特別是低溫韌性好，具有優良的耐衝擊振動性，使用壽命長；

③由於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，可製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，因此大量採用塑料零部件，特別是高強度的FRP（玻璃纖維增強塑料）和SMC（板材模塑複合材料），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，採用了風擋玻璃的直接粘接工藝，大量使用單組分溼氣固化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。

單組分溼氣固化聚氨酯膠粘劑

二

將汽車風擋玻璃直接粘接到車體的工藝始於20世紀60年代的美國。單組分溼氣固化PU膠粘劑最先由美國ESSEX化學公司在20世紀70年代初研製成功，併成功應用於美國通用汽車， 1976年奧迪汽車公司也在奧迪C2車型上應用。隨後日本及其他歐洲汽車廠家相繼採用風擋玻璃的直接粘接工藝。由於施工簡便並採用機械施膠，目前世界上95%以上風擋玻璃及側窗玻璃的粘接採用這種膠粘劑。

單組分溼氣固化PU膠粘劑由於含有活潑的-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。單組分溼氣固化PU風擋玻璃膠要求對溼氣敏感，固化速度快，固化後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。

採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速度與混凝土牆壁衝撞時，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採用此工藝，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，並將頂蓋改為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採用同樣粘接工藝。另外，一汽的小紅旗轎車和一汽大眾汽車公司生產“寶來”轎車等的頂棚均採用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。

單組分溼氣固化型PU膠粘劑適用於多孔性表面粘接，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，在玻璃表面塗布底膠是必要的，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採用機械手自動塗布單組分溼氣固化型PU膠粘劑。自動塗膠系統由塗膠泵、計量裝置、機械手、塗膠槍和工作臺組成。為了保證塗膠量的穩定性，通常採用帶有加熱系統的壓盤和輸膠管路。使用自動塗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，保證塗膠量準確。

目前單組分PU膠已實現了國產化，並在汽車行業得到部分應用。但由於這種單組分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，為此又出現了不用塗活化劑、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塗布裝置，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，然後逐步達到完全固化，從而解決了PU膠固化速度慢、需要夾具配合裝配的不便。

單組分溼氣固化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）預塗單組分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，用於防止引起鋁質車體的腐蝕和對天線接收效果的不良影響。

三

汽車內飾件用水基PU膠粘劑

水基PU膠粘劑是指聚氨酯溶於水或分散於水中而形成的膠粘劑，具有不燃、氣味小、不汙染環境、節能、操作加工方便等優點。 20世紀80年代在國外首見應用於皮革塗飾、織物整理和塗料等，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膠粘劑已開始用於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薄膜複合聚氨酯泡沫或織物複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製造設備及模具，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。

現在國外又在致力於水基PU膠降低成本、提高性能的研究工作。美國LeungPakT公司等開發了適用於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於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膜製品，可用於製造汽車儀表板、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，成功地研製出具有良好初粘性能的產品。

雙組分PU結構膠粘劑

四

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

現代汽車廣泛採用塑料、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膠用於載重汽車的SMC發動機罩的粘接。隨後美國通用汽車公司、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。同時在卡車上用於頂棚、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年美國又採用聚氨酯系列膠粘劑用於轎車的發動機蓋、駕駛室頂蓋、車門板等零部件的粘接。隨後日本等國也相繼採用了這類技術。

五

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，以便於塗敷，冷卻後膠凝起到粘接作用，之後藉助於存在空氣中或者被粘體表面的溼氣與之反應、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、防黴劑、填料等製成。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，也可將其用於車門複合裝飾件、 PP、 ABS、聚碳酸酯車燈罩粘接固定、貨物箱箱板複合、車內裝飾件粘接等。近年來，反應型PU熱熔膠用於汽車風擋玻璃直接粘接也有報道，但要達到單組分溼氣固化PU風擋膠的性能尚有許多研究工作要做。