低温对底涂与双组分PU密封胶粘接性能的影响

刘亚琼，卜 涛，陈 淼，王华南，李 瑶，龚洪洋

（郑州中原思蓝德高科股份有限公司，河南 郑州 450001）

聚氨酯（PU）密封胶因具有粘接强度高、弹性好、耐老化等特点，广泛应用于汽车和轨道交通行业。而单组分湿气固化PU密封胶因施工方便、性能稳定等优势一直占主导地位，但其在冬季低温低湿环境固化缓慢的问题也严重影响主机厂的生产节奏，于是各种低温快固产品应运而生，如西卡的Booster系列、陶氏的聚氨酯双组分粘接剂等。但是快速固化并未达到快速粘接的效果，底涂对聚氨酯密封胶的粘接性能也有较大影响[1～3]，底涂与密封胶的配合性也至关重要。本文选取国内外4种高品质底涂和一种可快速固化的双组分PU密封胶，考查标准条件和低温（10±2）℃下，底涂与双组分PU密封胶配合对铝合金和玻璃的粘接性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

MF612双组分聚氨酯胶粘剂，郑州中原思蓝德高科股份有限公司；PU底涂剂1#，郑州中原思蓝德高科股份有限公司；PU底涂剂2#，西卡中国有限公司；PU底涂剂3#，德国汉高公司；PU底涂剂4#，美国陶氏化学；浮法玻璃（50 mm×50 mm×6 mm）；6063阳极氧化铝（100 mm×25 mm×3 mm）。

1.2 仪器与设备

电子万能试验机，深圳新三思材料检测有限公司；低温实验室，郑州科盈制冷设备有限公司。

1.3 试件制备和养护

按照选用的底涂产品的施工工艺，在选用基材（浮法玻璃和阳极氧化铝）规定区域内涂抹底涂，涂胶，参照GB/T 7124—2008中制样方法搭接制样，胶层厚度为3 mm。制备养护的环境条件为2种：

（1）标准条件

试件在（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的恒温恒湿条件下制备养护，养护时间5 h、24 h、3 d、7 d。

（2）低温（10±2）℃

将低温试验室的温度设置在（10±2）℃，恒温2 h，在其中制备养护试件，养护时间5 h、24 h、3 d、7 d。

1.4 性能测试

使用电子万能试验机，在标准条件即（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的条件下按GB/T 7124—2008进行测定。

2 结果与讨论

2.1 标准条件下底涂与双组分PU密封胶的粘接性能

按1.3（1）所述方法制备养护试件，测定在标准环境条件下，不同底涂与双组分聚氨酯密封胶的粘接性能，结果如表1所示。

从表1可以看出，各底涂在标准条件下与双组分PU密封胶均配合良好，表现出较好的粘接性能，特别是底涂3#，养护7 d剪切强度达5.29 MPa，且破坏形式为内聚破坏。

2.2 低温（10±2）℃下底涂与双组分PU密封胶的粘接性能

依照1.3（2）所述的方法制备养护试件，取出在标准条件恒温10 min，测试不同底涂与双组分PU密封胶配合的粘接性能，结果如表2所示。

表1 标准环境条件下不同底涂与双组分聚氨酯密封胶的粘接性能Tab.1 Bonding proprties of primers and two-component PU sealant under standard condition

表2 （10±2）℃下不同底涂与双组分PU密封胶的粘接性能Tab.2 Bonding properties of primers and two-component PU sealant at （10±2）℃

表2中，（10±2）℃下, 国内1#与双组分PU密封胶配合，养护72 h之前，随着养护时间延长，剪切强度呈现逐渐增大的趋势，脱粘情况有所好转，至养护168 h，剪切强度可达4.01 MPa，且零脱粘，内聚破坏，粘接性能表现出前期较差，后期随固化程度加深逐渐好转的情况；底涂2#与双组分PU密封胶配合则粘接性能极差，养护时间从5 h到168 h，剪切强度全部只在0.50 MPa左右，且全部脱粘；底涂3#则只在72 h之前，表现出较2.1较小的剪切强度，其他则未受影响；底涂4#与1#规律相似，在72 h之前，出现部分脱粘现象，剪切强度较2.1中结果略低，其他无明显变化。

从表2可以看出，低温可影响底涂与双组分PU密封胶的粘接性能，严重可导致粘接失效，轻则主要制约前期粘接性能。这可能是由低温（10±2）℃下，底涂-基材之间与底涂-双组分PU之间粘接化学键的形成速度不匹配引起的。底涂-基材之间形成粘接化学键的速度偏低，造成前期不同程度的底涂-基材脱粘现象，从而剪切强度也不同程度的降低。

2.3 改进底涂1#对低温粘接性能的影响

2.2 结果中，底涂1#因前期固化速度较慢的原因影响了其在（10±2）℃温度下与双组分PU密封胶的粘接性能，导致其不同程度的与基材的脱粘现象。鉴于此，本文在底涂1#的基础上选取一种新型偶联剂配合催化剂，并适当提高催化剂的添加量，进行固化速度和粘接速度的针对性改进，记为底涂1#-1、底涂1#-2，参照1.3（2）方法制备养护试件，表征底涂1#改进效果，结果如图1所示。

图1 改进底涂1#对低温（10±2）℃粘接性能的影响Fig.1 Effects of improved 1# primers on bonding properties at low temperature（10±2）℃

从图1可以看出，（10±2）℃温度下，底涂1#-1试件在养护5 h、24 h和72 h，脱粘面积在40%、50%和20%，剪切强度均为1.78 MPa、1.78 MPa和3.23 MPa，较1#底涂，破坏形式由全部脱粘改进为部分脱粘，剪切强度分别提高了356%、150%和18%，呈现提高的趋势；底涂1#-2试件在养护5 h、24 h和72 h，5 h和24 h脱粘面积仅为10%、15%，而72 h则已经为内聚破坏，剪切强度均为2.94 MPa、3.68 MPa和4.11 MPa；而 在 养 护168 h时，底涂1#、底涂1#-1和底涂1#-2试件均为内聚破坏，剪切强度分别为4.01 MPa、4.18 MPa和4.58 MPa。由此可以看出，改进底涂1#，提高其前期固化速度，可以改善（10±2）℃温度下底涂与双组分PU密封胶的粘接性能，进一步验证2.2的判断。

3 结论

较低的环境温度会影响底涂与双组分聚氨酯密封胶的粘接性能，盲目追求需配合底涂使用的双组分PU密封胶的固化速度，存在粘接功能失效或减弱风险。采用快固PU产品，应重视配套产品的配合跟进。