低溫對底涂與雙組分PU密封膠粘接性能的影響

劉亞瓊，卜 濤，陳 淼，王華南，李 瑤，龔洪洋

（鄭州中原思藍德高科股份有限公司，河南 鄭州 450001）

聚氨酯（PU）密封膠因具有粘接強度高、彈性好、耐老化等特點，廣泛應用于汽車和軌道交通行業。而單組分濕氣固化PU密封膠因施工方便、性能穩定等優勢一直占主導地位，但其在冬季低溫低濕環境固化緩慢的問題也嚴重影響主機廠的生產節奏，于是各種低溫快固產品應運而生，如西卡的Booster系列、陶氏的聚氨酯雙組分粘接劑等。但是快速固化并未達到快速粘接的效果，底涂對聚氨酯密封膠的粘接性能也有較大影響[1～3]，底涂與密封膠的配合性也至關重要。本文選取國內外4種高品質底涂和一種可快速固化的雙組分PU密封膠，考查標準條件和低溫（10±2）℃下，底涂與雙組分PU密封膠配合對鋁合金和玻璃的粘接性能。

1 實驗部分

1.1 主要原料

MF612雙組分聚氨酯膠粘劑，鄭州中原思藍德高科股份有限公司；PU底涂劑1#，鄭州中原思藍德高科股份有限公司；PU底涂劑2#，西卡中國有限公司；PU底涂劑3#，德國漢高公司；PU底涂劑4#，美國陶氏化學；浮法玻璃（50 mm×50 mm×6 mm）；6063陽極氧化鋁（100 mm×25 mm×3 mm）。

1.2 儀器與設備

電子萬能試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司；低溫實驗室，鄭州科盈制冷設備有限公司。

1.3 試件制備和養護

按照選用的底涂產品的施工工藝，在選用基材（浮法玻璃和陽極氧化鋁）規定區域內涂抹底涂，涂膠，參照GB/T 7124—2008中制樣方法搭接制樣，膠層厚度為3 mm。制備養護的環境條件為2種：

（1）標準條件

試件在（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的恒溫恒濕條件下制備養護，養護時間5 h、24 h、3 d、7 d。

（2）低溫（10±2）℃

將低溫試驗室的溫度設置在（10±2）℃，恒溫2 h，在其中制備養護試件，養護時間5 h、24 h、3 d、7 d。

1.4 性能測試

使用電子萬能試驗機，在標準條件即（23±2）℃，相對濕度（50±5）%的條件下按GB/T 7124—2008進行測定。

2 結果與討論

2.1 標準條件下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能

按1.3（1）所述方法制備養護試件，測定在標準環境條件下，不同底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能，結果如表1所示。

從表1可以看出，各底涂在標準條件下與雙組分PU密封膠均配合良好，表現出較好的粘接性能，特別是底涂3#，養護7 d剪切強度達5.29 MPa，且破壞形式為內聚破壞。

2.2 低溫（10±2）℃下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能

依照1.3（2）所述的方法制備養護試件，取出在標準條件恒溫10 min，測試不同底涂與雙組分PU密封膠配合的粘接性能，結果如表2所示。

表1 標準環境條件下不同底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能Tab.1 Bonding proprties of primers and two-component PU sealant under standard condition

表2 （10±2）℃下不同底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能Tab.2 Bonding properties of primers and two-component PU sealant at （10±2）℃

表2中，（10±2）℃下, 國內1#與雙組分PU密封膠配合，養護72 h之前，隨著養護時間延長，剪切強度呈現逐漸增大的趨勢，脫粘情況有所好轉，至養護168 h，剪切強度可達4.01 MPa，且零脫粘，內聚破壞，粘接性能表現出前期較差，后期隨固化程度加深逐漸好轉的情況；底涂2#與雙組分PU密封膠配合則粘接性能極差，養護時間從5 h到168 h，剪切強度全部只在0.50 MPa左右，且全部脫粘；底涂3#則只在72 h之前，表現出較2.1較小的剪切強度，其他則未受影響；底涂4#與1#規律相似，在72 h之前，出現部分脫粘現象，剪切強度較2.1中結果略低，其他無明顯變化。

從表2可以看出，低溫可影響底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能，嚴重可導致粘接失效，輕則主要制約前期粘接性能。這可能是由低溫（10±2）℃下，底涂-基材之間與底涂-雙組分PU之間粘接化學鍵的形成速度不匹配引起的。底涂-基材之間形成粘接化學鍵的速度偏低，造成前期不同程度的底涂-基材脫粘現象，從而剪切強度也不同程度的降低。

2.3 改進底涂1#對低溫粘接性能的影響

2.2 結果中，底涂1#因前期固化速度較慢的原因影響了其在（10±2）℃溫度下與雙組分PU密封膠的粘接性能，導致其不同程度的與基材的脫粘現象。鑒于此，本文在底涂1#的基礎上選取一種新型偶聯劑配合催化劑，并適當提高催化劑的添加量，進行固化速度和粘接速度的針對性改進，記為底涂1#-1、底涂1#-2，參照1.3（2）方法制備養護試件，表征底涂1#改進效果，結果如圖1所示。

圖1 改進底涂1#對低溫（10±2）℃粘接性能的影響Fig.1 Effects of improved 1# primers on bonding properties at low temperature（10±2）℃

從圖1可以看出，（10±2）℃溫度下，底涂1#-1試件在養護5 h、24 h和72 h，脫粘面積在40%、50%和20%，剪切強度均為1.78 MPa、1.78 MPa和3.23 MPa，較1#底涂，破壞形式由全部脫粘改進為部分脫粘，剪切強度分別提高了356%、150%和18%，呈現提高的趨勢；底涂1#-2試件在養護5 h、24 h和72 h，5 h和24 h脫粘面積僅為10%、15%，而72 h則已經為內聚破壞，剪切強度均為2.94 MPa、3.68 MPa和4.11 MPa；而 在 養 護168 h時，底涂1#、底涂1#-1和底涂1#-2試件均為內聚破壞，剪切強度分別為4.01 MPa、4.18 MPa和4.58 MPa。由此可以看出，改進底涂1#，提高其前期固化速度，可以改善（10±2）℃溫度下底涂與雙組分PU密封膠的粘接性能，進一步驗證2.2的判斷。

3 結論

較低的環境溫度會影響底涂與雙組分聚氨酯密封膠的粘接性能，盲目追求需配合底涂使用的雙組分PU密封膠的固化速度，存在粘接功能失效或減弱風險。采用快固PU產品，應重視配套產品的配合跟進。