聚氨酯胶黏剂对车门外饰板性能的影响

刘大勇， 钟国鑫， 廖树煌

(浙江吉利新能源商用车集团有限公司，杭州 310018)

随着汽车工业的发展，节能、环保及安全问题成为了汽车工业最为关注的3个话题，汽车轻量化是实现目标的重要方法之一[1].为实现轻量化目标越来越多的车身外饰件在满足车辆安全的情况下,用非金属材料进行取代，塑料零部件占汽车总重的比例不断增长，已达15%～20%[2].随塑料的大量引入使用、非金属材料与金属材料之间的连接促进了胶黏剂的发展，不同胶黏剂与对应的底涂工艺对非金属材料的影响成为胶黏剂选择的考量依据[3].

1 车门外饰板用聚氨酯胶黏剂的种类及发展趋势

1.1 门外饰板用聚氨酯胶黏剂的种类

1.1.1 单组分聚氨酯玻璃胶

单组份聚氨酯玻璃胶是目前我国汽车用聚氨酯胶中用量较大的品种，也是技术要求较高的产品.单组分聚氨酯玻璃胶主要用于汽车前风挡玻璃、侧窗和后窗的密封和粘接，可实现汽车玻璃与车身的直接粘接，不仅可以满足汽车密封要求，还可增加车身的刚性，提高安全性[4].单组份聚氨酯玻璃胶需要配合活化剂和底涂剂才能达到理想的粘接效果，但活化剂和底涂对高分子材料的性能影响尚不明确.

1.1.2 双组分聚氨酯胶黏剂

双组分聚氨酯胶黏剂由两个组分组成，主要包括两类，其中一类是以聚酯或聚醚多元醇为主剂，多异氰酸酯为固化剂；另一类是端异氰酸酯基的预聚体为主剂，低分子的多元醇或多元胺为固化剂，其他添加剂主要是一些填料、催化剂和偶联剂等，这种胶黏剂相对于单组分聚氨酯胶黏剂，具有固化速度快，粘接强度高，对温湿度不太敏感等优点[5].但对比与单组分聚氨酯玻璃胶对高分子材料的力学性能影响优劣，尚无对比研究.

1.2 车门外饰板用聚氨酯胶黏剂的发展趋势

目前我国汽车用聚氨酯胶黏剂仍以进口产品为主.虽然国内的山东化工厂、深圳奥博胶黏剂化工有限公司、北京龙苑化工机电技术公司、长春依多科化工公司、北京高盟化工有限公司、湖北回天胶业股份有限公司、杭州之江有机硅化工有限公司等均有产品生产，品种也较齐全，基本可满足汽车用胶黏剂的需求，但性能质量相比较国外产品要差一些，主要表现为固化迟缓，产品批间稳定性差，在一些技术要求较高的胶黏剂跟国外还有一定的差距[6].

2 车门外饰板选材与性能要求

2.1 车门外饰板材料选材

车门外装饰板安装在立柱外侧，通常在B柱和C柱外侧，也可以安装在A柱、D柱外侧、背门玻璃两侧等位置，主要起装饰作用.车门外装饰板主要选材为非金属材料，传统的非金属材料为了增加塑料的耐腐蚀性，延长塑料件的使用寿命，同时达到与车身同色或异色的高光泽效果，需要在塑料件的表面喷涂合适的漆.塑料喷涂工艺不良率高、工艺复杂；既成本高、也不环保，因此,在改性塑料中加入金属粉高光免喷涂材料，通过注塑成型，表面高光，达到镜面效果；成为目前车门外装饰板的优选材料[7].车门外饰装饰板选材与工艺选择密切相关；单色注塑主要可选材料为ASA、PMMA、PMMA+ASA合金材料，双色注塑工艺由内板与外板构成，内板主要由ABS、ABS加玻纤材料，外板主要由PMMA材料双色注塑而成.

2.2 车门外饰板性能要求

(1)高强度高冲击韧性要求：因安装装配受力、外物石子冲击等，对其有一定的强度和冲击的要求.

(2)耐候性要求：此件为阳光直射区，所处气候环境热烈.在一定辐照量下，样品表面不得出现任何发粘、脆化、喷霜、起泡或其它可能影响功能和外观的缺陷.

(3)耐刮擦性：要求车门外装饰板有较好的耐刮擦性能.

(4)耐溶剂性：易接触化学溶剂，要求车门外装饰板有良好的耐化学溶剂性能.

(5)光泽度要求：车门外饰板有高光要求.

(6)耐高低温性：受各地环境气温的影响，需要车门外装饰板有较好的耐高温性和耐低温性能，在80 ℃和-40 ℃下放置一定时间后不得出现脆化、裂纹、表面收缩、翘曲变形及其它影响使用功能的缺陷.

3 不同的胶黏剂对车门外装饰板材料性能影响

3.1 胶黏剂的类型

胶黏剂主要为聚氨酯胶，有单组分和双组分两种类型.单组分聚氨酯胶粘接工艺为清洗-底涂-涂胶-固化，因需要依靠空中的水分固化，速度相对较慢.双组分聚氨酯胶需要将两组分按要求比例混合均匀后使用，固化时主要依靠胶体中自有的水分固化，速度较单组分快[8].两种类型的胶主要区别为底涂工艺的减少，因此,文中主要对比单组份聚氨酯胶黏剂的底涂工艺和双组份聚氨酯胶黏剂对原材料韧性的影响进行研究.

3.2 试剂与塑料材料试验选择

聚氨酯胶黏剂的选择：①玻璃胶底涂剂： Togocoll V500和BETAPRIME 5404；②双组份聚氨酯胶黏剂TOTALSEAL 6012.

PMMA+ASA材料的选择：①锦湖日丽M1800;②锦湖日丽HAM8580;③LG L1940;④乐天WX-9951UV;⑤乐天WX-9950UV.

3.3 试验方法及测试结果

实验1：M1800、HAM8580两个牌号各40块尺寸为(80*10*4)mm样条，每个牌号各取10块样条分别涂上清洗剂、清洗剂+依多科底涂、清洗剂+陶氏底涂，室温放置2 h，然后，用电子万能试验机按IOS 179标准测试无缺口冲击强度，计算每组10跟样条无缺口冲击数据平均值，单位为kJ/m2，牌号为M1800材料样条无处理冲击试验前后照片如图1.试验结果如表1所示.

图1 M1800无处理样条冲击前后照片

表1 清洗剂和底涂对材料冲击性能影响 kJ/m2

实验2：M1800、HAM8580、L1940、WX-9951UV、WX-9950UV，5个牌号各30块尺寸为(80*10*4)mm样条，每个牌号各取20块样条分别涂上清洗剂、清洗剂+胶黏剂6012，室温放置2 h，然后,用电子万能试验机按IOS 179标准测试无缺口冲击强度，计算每组10跟样条无缺口冲击数据平均值，单位为kJ/m2.试验结果如表2所示.

表2 双组份聚氨酯胶黏剂对材料冲击性能影响 kJ/m2

3.4 试验方法及测试结果

从表1可以看出，清洗剂清洗后的M1800、HAM8580两种牌号冲击性能均有一定程度的下降，再涂底涂材料的冲击性能会发生二次下降，牌号为M1800的PMMA+ASA材料在经过清洗剂与依多科底涂处理后，无缺口冲击强度由52 kJ/m2下降到15.1 kJ/m2，经过清洗剂与陶氏底涂处理后，下降到12.2 kJ/m2.牌号为HAM8580的PMMA+ASA材料在经过清洗剂与依多科底涂处理后，无缺口冲击强度由49 kJ/m2下降到12.6 kJ/m2，经过清洗剂与陶氏底涂处理后，下降到4.0 kJ/m2.因此,清洗剂和底涂对PMMA+ASA合金材料的冲击性能有明显的影响.

从表2可以看出，5种牌号材料在清洗剂清洗后无缺口冲击强度均发生变化，清洗剂清洗后的M1800、HAM8580、WX-9551UV和WX-9550UV4种牌号冲击性能均有一定程度的下降，其中,牌号L1940材料无缺口冲击强度下降最少、基本无下降；再涂道达尔双组份胶6012后，相对比清洗剂清洗后的缺口冲击性能，牌号M1800冲击性能明显降低，牌号L1940无缺口冲击性能略有降低，牌号HAM8580、WX-9951UV、WX-9950UV性能有一定程度的提升.涂道达尔双组份胶6012后PMMA+ASA材料的无缺口冲击强度性能高低排序为：L1940>HAM8580>WX-9951UV>M1800>WX-9950UV.说明用无底涂工艺的双组份胶黏剂使牌号为M1800的PMMA+ASA合金材料的无缺口冲击强下降了24%，牌号为L1940、WX-9951UV的PMMA+ASA合金材料的无缺口冲击强度分别下降了2.5%和2.7%，牌号HAM8580、WX-9950UV的PMMA+ASA材料冲击性能分别提高了0.2%和0.7%.

4 结 论

通过以上试验研究，说明PMMA+ASA材料在清洗剂处理后冲击强度会有一定程度的下降，经过了清洗剂处理再涂底涂剂后的PMMA+ASA冲击强度会再次下降，说明应用单组份聚氨酯胶黏剂中必不可少的底涂工艺对PMMA+ASA材料的冲击性能影响较大.双组份聚氨酯胶黏剂相比较单组份聚氨酯胶黏剂减少了底涂工艺，简化了工艺步骤、提高了生产效率，同时避免了底涂工艺对PMMA+ASA合金材料的冲击性能的影响.因此,双组份聚氨酯胶黏剂可考虑代替单组份聚氨酯胶黏剂，成为车门外饰板首选胶黏剂.