一種聚氨酯膠黏劑的拉剪強度性能研究*

張建武 熊朝山 王燕玲 胡曉順

(資陽中車電力機車有限公司，四川 資陽 641300)

1 引言

該種聚氨酯膠黏劑為單組份，高粘度，濕氣固化聚氨酯類粘接膠，用于高強度，持久的彈性粘合聯結。無論在軌道交通車輛中還是在汽車裝配中，使用非常廣泛。

2 粘接原理

該單組份聚氨酯膠黏劑是一種反應型粘接膠，其主體材料中含有異氰酸酯基團，在室溫下，空氣中的濕氣將一部分異氰酸酯基團轉變氨基基團，氨基基團和剩余的異氰酸酯基團進一步反應，固化形成了高強度彈性體。見圖1。這種膠黏劑是以空氣中的微量水分作固化劑，對濕氣比較敏感。另外，單組份聚氨酯膠的固化還受水分在膠中滲透率的影響，通常是表層先固化，再緩慢擴展到內層，完全固化一般需要數天。

圖1 單組份聚氨酯膠黏劑粘接原理

單組份聚氨酯膠黏劑能將玻璃和車身牢固地結合成為一個整體，提高車體的剛性及抗扭曲能力，密封性明顯改善，安全性、可靠性大幅度增加。同時，這種裝配工藝可以減輕車體自重，有利于車體動力學設計。

3 粘接環境

單組份濕氣固化聚氨酯膠黏劑粘接的相對最佳溫濕度條件是：溫度23℃，相對空氣濕度50%。一般情況下，對工作場地的溫度要求為10～35℃，濕度要求為40%～70%。單組份聚氨酯膠黏劑固化過程隨時間變化的曲線如圖2所示。

圖2 單組份聚氨酯膠黏劑固化過程隨時間變化的曲線

由圖2可知：隨著時間的推移，單組份濕氣固化聚氨酯膠黏劑的固化速率不斷減慢。

4 技術指標

聚氨酯膠黏劑各項技術指標，見表1。

表1 聚氨酯膠黏劑各項技術指標

5 拉剪測試

5.1 測試依據

拉剪強度測試依據EN 1465。

5.2 測試原料

一種聚氨酯膠黏劑，0.2mm玻璃微珠，樣件幾何尺寸100mm×25mm×1.6mm(樣件長度l×樣件寬度w×樣件厚度t)的Q235B鋼板樣件，樣件膠層搭接長度l為12.5mm。按下表要求對樣件表面處理，分別是不做任何噴涂、只做底漆和面漆。見表2。

表2 各樣件表面處理方式

5.3 測試設備

電子拉力機、電動注膠槍、夾子

5.4 粘接工藝

5.4.1 打磨

用砂紙對基材粘接區域內進行打磨，除去易脫落的或難以化學結合的物質。每次打磨后用無紡布擦拭干凈。

5.4.2 清潔、活化

采用合適的清洗劑、活化劑對基材粘接區域進行清潔及活化，清洗劑晾至10分鐘，活化劑晾置10分鐘。

5.4.3 底涂

使用聚氨酯膠黏劑配套的底涂刷涂，底涂晾置30分鐘。

5.4.4 施膠

通過電動注膠槍涂布膠黏劑，采用0.2mm玻璃微珠,確保膠層厚度達標。

5.4.5 粘接

將兩件樣件粘接在一起。

5.4.6 固定、夾持

將未達到初固強度的膠黏劑使用夾子對樣件進行固定、夾持。

5.5 性能測試

5.5.1 測試要求

按表2中要求對樣件進行表面處理，在室溫下固化。固化結束后，采用電子拉力機對其進行檢測，如圖3所示。上述試驗在23℃，RH50%環境條件下進行。

圖3 拉剪強度試驗

5.5.2 拉剪強度計算

拉剪強度=拉剪力最大值/樣件膠層搭接長度×樣件寬度，即τj=Fmax/lj×w。力-距離曲線,如圖4所示。

圖4 力-距離曲線

5.5.3 檢測結果，見表3。

表3 各樣件拉剪強度匯總

以上可知，膠條拉剪強度試驗能夠定性反映膠黏劑與基材的粘接強度，并且能夠驗證基材表面不同噴涂方式的工藝施工性。根據表3中的試驗結果，可以評定基材表面不同噴涂方式粘接強度的高低程度。各樣件拉剪強度曲線見圖5,不同表面噴涂方式下的拉剪強度曲線見圖6。

圖5 樣件拉剪強度曲線

通過圖5、圖6得出，金屬表面噴涂方式不同，拉剪強度不同。表面噴涂方式為底漆時，拉剪強度最大，表面噴涂方式為面漆時，拉剪強度最小，故采用噴涂方式為底漆的基材。

圖6 不同表面噴涂方式下的拉剪強度曲線

6 結論

聚氨酯膠黏劑粘接必須在溫度要求15～35℃，濕度要求為40%～70%的環境條件下進行，以便于施工及保證粘接質量。

單組份濕氣固化聚氨酯膠黏劑從膠層外部向內部固化，且固化速率隨著時間的推移逐漸減慢。

表面處理是形成較佳粘接的先決條件，必須要按照表面處理操作的技術要求執行。

樣件處理方式為清潔+活化+底涂且只做底漆噴涂時，拉剪強度最高。安全性、可靠性大幅度增加。

通過分析單組份濕氣固化聚氨酯膠黏劑施工工藝，剖析了其施工工藝技術要求，為今后其他部件的粘接施工提供了依據。