汽车内饰件粘接用水性聚氨酯胶粘剂

涂料工业 2019-01-15 17:30:23



涂料工业:

内饰胶是指汽车顶棚、地板、地毯、仪表板、门板等内饰件的粘结,多采用聚氨酯、氯丁等胶粘剂。汽车内饰用泡沫背衬乙烯基塑料、织物与纤维板和其他硬质基材的粘接,过去一直使用溶剂型胶粘剂,而溶剂型胶粘剂正是车内VOC最主要的来源之一,随着环保法规的健全以及人们环保意识的增强,溶剂型汽车胶粘剂将会逐渐被环保型胶粘剂所取代,尤其是水性汽车内饰胶的推广应用势在必行。

与溶剂型聚氨酯胶粘剂相比,水性聚氨酯胶粘剂具有以下特点:

•无溶剂,环保,能提供更安全的工作和使用环境。

•黏度低,且不随聚合物相对分子质量的改变有明显差异,因此,可通过提高水性聚氨酯的相对分子质量以提高其内聚强度和初粘强度;而溶剂型胶粘剂的黏度则随聚合物相对分子质量的增高呈指数关系上升,交联时易产生凝胶。

•固含量可高达50%,而大多溶剂型聚氨酯胶粘剂的固含在20%左右,且溶剂型的黏度随固含量增大而急剧上升,相比之下水性聚氨酯更容易调整配方。

•对各种基材如PC,ABS的粘着力与溶剂型相当,但对PP等基材的粘接必须做表面处理。

•干燥过程比溶剂型慢,耗能较大。

•投资成本低,无需溶剂回收和防火防爆设施。


水性聚氨酯胶粘剂应用技术---

水性聚氨酯胶粘剂按照不同的应用特点可分为三大类:热活化粘接、湿法粘接(接触胶)和冷粘。

热活化粘接是指胶粘剂在上胶之后,经过干燥,加热干胶层,使胶层在一定的温度下产生初粘力,然后再与被粘基材在一定的压力、时间下复合的一种粘接方式。热活化粘接是水性聚氨酯胶粘剂最常用的一种应用方式。大多数水性聚氨酯分散体的产品可适用于配置热活化胶,如Dispercoll U54、U56、UXP2710、UXP2849等,图1是热活化粘接的过程示意图。


图1 聚氨酯热活化粘结过程

对于热活化粘接,结晶速率的快慢直接影响初粘强度的高低和初始耐热性。一般地,结晶速率越快,初始粘接强度越大,初始耐热性也越好,粘接达到最终强度的时间也更短。另一方面,相对分子质量的大小又影响到内聚强度和耐热性,相对分子质量越大,内聚强度高,最终耐热性好。

湿法粘接是指粘接过程不需要热活化且在水分干燥之前即可进行粘合的一种粘接方式,这类胶粘剂可称为聚氨酯型的接触胶。这类粘接方式通常适用于粘接多孔性材料或具有吸水性的材料如织物、海绵、无纺布、木材、纸张等,典型的水性分散体产品如Dispercoll U 42。

冷粘是指胶粘剂经过干燥后,在一定的时间段以内不需要加热即可直接进行贴合形成牢固粘接的一种粘接方式。适合这种粘接方式的胶粘剂具有较长的开放时间,通常属于低结晶型或无定形类的胶粘剂,适用于配置冷粘型的水性聚氨酯分散体有Dispercoll U XP2815、U XP2643。图2和图3是Dispercoll Uxp2815冷粘性的相关测试数据。


图2 Dispercoll UXP 2815 冷粘合强度


图3 Dispercoll UXP 2815 冷粘合开放时间

为了改善水性聚氨酯胶粘剂的耐湿热性、耐化学品性和持久性,可加入固化剂进行交联。常用的亲水性固化剂产品如表1。

表1 用于双组分水性聚氨酯胶粘剂的亲水性固化剂产品




水性聚氨酯胶粘剂在汽车内饰的应用---

水性聚氨酯胶粘剂可应用于汽车内饰门板、仪表板、顶棚、座椅、地毯、后置物板、行李箱盖板、扶手包边等部件的粘接。

图4 水性聚氨酯胶粘剂在汽车内饰件粘接的典型应用部件

采用水性聚氨酯胶粘剂替代溶剂型胶粘剂可显著降低VOC的排放,同时能保证可靠的粘接质量,尽管水性聚氨酯胶粘剂价格较溶剂型高,但由于其固含量是溶剂型胶水的2~3倍,通过恰当的工艺,最终部件的单位用胶成本可以与溶剂型相当。

下面以门板、仪表板的真空吸塑粘接为例:

目前多数低端车型直接采用注塑工艺制备,而中高端车型可采用注塑-表皮真空吸塑工艺,真空吸塑工艺相比搪塑工艺成本低且外装饰效果好,设备维护成本不高,因此被广泛应用。

真空吸塑工艺采用双组分溶剂型聚氨酯和双组分水性聚氨酯胶粘剂粘接表皮与骨架,其工艺操作步骤基本一致,如图5。


图5 仪表板中控真空吸塑简图

真空吸塑工艺过程:

•施胶

•干燥40~60℃

•基材预热(5060℃)(可选择);PVC膜预热至140℃

•真空贴合:接触温度6080℃,压力>0.7 bar

•折边包边

•冷却至4045℃

•边缘休整


该真空吸塑胶应具有以下特点:

•黏度适中

•固含量高,干燥快

•初粘强度高,初始耐热性好

•活化温度低

•最终固化后耐湿热老化性能好,不起翘,不缩边。

由于真空吸塑采用喷涂施胶,因此要求胶粘剂的黏度不能太高,以免喷涂不均和堵枪。同时黏度也不能太低而造成喷胶后胶液流淌无法形成均匀的胶膜。对溶剂型胶粘剂来说,为了降低黏度采用降低固含量的方式来配胶,使用大量的溶剂,最终挥发到空气中。而水性胶固含高,施胶量可以控制在溶剂型胶水的三分之二或一半左右。因而最终成本相当。从粘接效果来看,对于PC/ABS材质,双组分水性聚氨酯胶粘剂完全能达到和溶剂型聚氨酯胶粘剂同等的粘接效果,对于PP材质,在不做基材预处理的情况下,虽然溶剂型聚氨酯胶粘剂润湿性优于水性聚氨酯胶粘剂,但溶剂型或水性聚氨酯都无法满足强度要求;而基材做了预处理之后,水性聚氨酯胶粘剂和溶剂型聚氨酯胶粘剂均能满足强度要求。

需要说明的是,尽管水性体系和溶剂型体系在真空吸塑上工艺相似,粘接效果相当,成本可控,但对于胶水用户来说,必须要意识到水性体系是有别于溶剂型体系的。因而在具体使用时应当考虑一下几个方面:

•胶水适用期的区别:双组分溶剂型聚氨酯胶粘剂常根据黏度的变化来判断适用期,而双组分水性聚氨酯胶粘剂不能以黏度变化来判断,通常为4~6h。

•胶水储存条件:水性聚氨酯胶粘剂最佳储存温度为5~30℃,注意防冻以免破坏胶液。

•喷枪的选用和喷涂压力:水性聚氨酯胶粘剂因黏度较低,应当选用低压喷枪,口径在1.3~2mm为宜,喷涂压力1~2bar即可。对于现行使用溶剂型胶粘剂的用户要切换成水性聚氨酯胶粘剂,不能简单地只是更换胶水,而要全面考虑相关细节工艺参数的调整。

汽车内饰胶水的耐湿热老化性能是一个重点的指标,原材料树脂的选择至关重要,Dispercoll UXP2849具有非常优异的耐湿热老化性能,在加入4%固化剂Desmodur DN的双组分体系中,经过70℃、95%相对湿度的条件下老化1个月,粘接强度保持率可达90%以上。

水性聚氨酯胶粘剂另一个典型的应用是湿法顶棚的粘接,图6为湿法顶棚的示意图。


图6 湿法顶棚粘接结构

水性聚氨酯胶粘剂可以用于表层织物与顶棚骨架的二道粘接,基于 Dispercoll U42配置的系列水性胶粘剂能提供良好的粘接效果和柔韧性。

此外,双组分水性聚氨酯胶粘剂还被应用于车内扶手等部件的包覆,包边工艺要求胶水能很快建立初粘性,防止应力起翘,但同时又要求胶水热活化后有较长的开放时间,以适应手工包边较长的操作时间的要求,因此对水性聚氨酯胶粘剂的性能提出了更高的要求,不同聚氨酯分散体的选择和搭配对平衡综合性能显得至关重要。



展望---

随着我国汽车工业的迅速成长,汽车工业的产业升级离不开配套原材料的更新换代,汽车内饰用胶粘剂必然会迎来新的机遇和挑战,溶剂型聚氨酯胶粘剂作为传统的非环保的产品将逐渐被限制和取代,今后汽车内饰胶粘剂的发展方向是环保、低VOC的系列粘合剂,水性聚氨酯内饰胶拥有广阔前景。

本文节选自《2013水性聚氨酯行业年会论文集》


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