可拆卸双组分聚氨酯胶粘剂的研制

陈存友，李 巍，顾唯开，王宏标，周会鹏*

（1.江苏中科聚合新材料产业技术研究院有限公司，江苏 常州 213018;2.常州福隆科技新材料有限公司，江苏 常州 213018）

引 言

双组分聚氨酯胶粘剂被广泛应用于食品包装、土木建筑、汽车、轨道交通等领域[1]。近年来，新能源汽车发展迅猛，带动了电池行业的快速发展，行业的发展促进相关产业的发展与完善，在电池PA C K结构粘接用胶粘剂方面，因双组分聚氨酯胶粘剂存储周期长、模量可调、安全环保等优势[2]，得到了迅猛的发展和应用[3]。在纯电动汽车领域，其核心就是锂电池电力驱动系统[4]。而胶粘剂是实现锂电池正常工作的一个重要因素，当前锂电池是由很多小电芯经过串并联组成在一起的，pack是通过胶粘剂粘接规定在指定的区域，但是在生产的过程中会出现不良，出现返修，以及在汽车在行驶过程中存在很强的震动，会影响电池的寿命以及个别电芯的损坏，在维修的过程中需要拆卸p ac k和电芯，同时在锂电池达到使用寿命后需要拆卸回收处理再利用，因此，就需要一种方便拆卸的胶粘剂，可以减低拆卸过程的损害率、减少人工、方便操作[5]。目前，市场上胶粘剂品种很多，但高粘接强度和易拆卸这两个方面一直难以满足。

为了获得能满足上述要求的可拆卸胶粘剂，本实验以聚醚多元醇、聚酯多元醇、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAPI）、可膨胀微球为原料，制备出可拆卸聚氨酯胶粘剂，探索出最佳的配比和可拆卸的工艺条件。

1 实验

1.1 主要试剂

HT-220聚醚多元醇，工业级，常州华恬聚氨酯有限公司；PS-2002聚酯多元醇，工业级南京金陵斯泰潘化学有限公司；H-854聚酯多元醇，工业剂，北京昌泰和科技有限公司；

031DU40可膨胀微球，工业级，阿克苏诺贝尔公司；44V20L多苯基多亚甲基聚氨酯，工业级，科思创公司。

1.2 可拆卸双组分聚氨酯胶粘剂的制备

按照计量比将聚醚多元醇、聚酯多元醇在搅拌状态下缓慢升温到110℃，抽真空1h，再加入交联剂、催化剂、继续搅拌0.5h脱水，然后再加入碳酸钙与二氧化硅继续搅拌脱水1.5h，冷却到60℃，加入可膨胀微球，继续抽真空搅拌0.5h。冷却室温出料，即为可拆卸双组分聚氨酯胶粘剂的主剂。密封保存。

1.3 可拆卸双组分聚氨酯胶粘剂的配制和使用

1.3.1 胶粘剂的配制和使用

将主剂与固化剂两组分按比例置于干燥洁净的容器中充分混合均匀，制备胶粘剂的操作时间为1h，将表面处理好的粘接件上（100mm×25mm×3mm的铝片）涂上厚度为0.5～1mm的胶层，在操作时间内完成粘接件的粘接，在室温下静置固化24h，即能获得预计的效果[6]。

1.3.2 胶粘剂的可拆卸方法

将粘接固化好的试件，用水浴（将试样放入高温的水浴中）或者风热法（用加热的热风枪对准粘接区风吹）使得粘接层膨胀发泡，降低粘接力[7]，以达到试样的分离。

2 结果与讨论

2.1 微球含量对胶粘剂强度的影响

本实验采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化剂等的量和配比不变的情况下，改变可膨胀微球的含量，考察微球的含量对常温下可拆卸双组分胶粘剂的强度的影响，结果见表1。

表1 微球含量对粘接强度的影响Table 1 The effect of microsphere content on the bonding strength

由表1可以看出，微球含量对胶粘剂的强度有影响，微球的加入相当于补强剂的作用，具有补强填料的功能，并且其本身有很强的压缩回弹性能，具有较高的吸能作用，对冲击强度的提高有很大的帮助[8]。在添加到15%时具有较好的粘接性能。

2.2 减粘温度对胶粘剂强度的影响

本实验采用在聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化剂等的量和配比不变的情况下，固定可膨胀微球15%的含量，考察可拆卸双组分胶粘剂在拆卸条件下，将粘接好的试样在不同温度的水浴中，减粘30min后去除试样，常温下测试粘接强度。研究减粘温度对粘接强度的影响，结果见表2。

表2 减粘温度对粘接强度的影响Table 2 The effect of debonding temperature on the bonding strength

由表2可以看出，水浴的加热温度对胶粘剂的强度有很大影响，在75℃时可膨胀微球还基本没开始起到作用，基本没有膨胀，粘接强度还保持较高的数值，但是当温度不断地提高，微球开始不断地膨胀，粘接件的粘接面逐渐减小，最终粘接强度减到最低。在90℃时就可以达到较佳的减粘效果。

2.3 减粘时间对粘接强度的影响

本实验采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化剂、微球等的量和配比不变的情况下，固定可膨胀微球15%的含量，考察可拆卸双组分胶粘剂在拆卸条件下，将粘接好的试样在90℃水浴中，不断地改变减粘时间后从水浴中拿出试样，常温下测试粘接强度。研究减粘时间对其粘接强度的影响，结果见表3。

表3 减粘时间对粘接强度的影响Table 3 The effect of debonding time on the bonding strength

由表3可以看出，在水浴中的减粘时间对胶粘剂的强度有很大影响，膨胀10min时，微球膨胀的比例不高，粘接强度还保持较高的数值，但是当时间不断的延长，微球开始不断的膨胀，粘接件的粘接面逐渐减小，最终粘接强度减到最低。不断的延长时间对减粘的效果影响不大。在减粘30min时即可满足工艺要求。

2.4 微球含量对减粘效果的影响

本实验采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化剂的量和配比不变的情况下，改变微球的含量，考察可拆卸双组分胶粘剂在拆卸条件下，将粘接好的试样在90℃水浴中，减粘30min，后从水浴中取出试样，常温下测试其粘接强度。研究微球含量对粘接强度的影响，结果见表4。

表4 微球含量对减粘效果的影响Table 4 The effect of microsphere content on the debonding effect

由表4可以看出，随着微球的含量增大，减粘效果越来越好，但是综合考虑胶粘剂的常温下的粘接强度以及微球的成本，15%的比例较为合适。

2.5 微球含量对耐候性的影响

本实验采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、固化剂的量和配比不变的情况下，改变微球的含量，在不同耐候测试条件下的测试拉伸剪切强度变化，结果见表5。

表5 微球含量对耐候性的影响Table 5 The effect of microsphere content on the weatherability

从表5中能看出，在双组分聚氨酯胶粘剂体系中加入膨胀微球对胶粘剂的老化性能影响不大，衰减比例基本一致，微球量加到25%时，对老化强度的衰减比例上升。

3 结论

以聚醚多元醇、聚酯多元醇、多亚甲基多苯基多异氰酸酯（PAP I）、可膨胀微球为原料，制备出可拆卸聚氨酯胶粘剂。利用可膨胀微球在高温下膨胀发泡，减少粘接面积，从而达到减粘的目的。通过实验探索出最佳比例以及最佳减粘条件，可膨胀微球含量15%时，90℃水浴下30min具有较佳的减粘效果，能够达到可拆卸的目标。