一种聚氨酯胶黏剂的拉剪强度性能研究*

张建武 熊朝山 王燕玲 胡晓顺

(资阳中车电力机车有限公司，四川 资阳 641300)

1 引言

该种聚氨酯胶黏剂为单组份，高粘度，湿气固化聚氨酯类粘接胶，用于高强度，持久的弹性粘合联结。无论在轨道交通车辆中还是在汽车装配中，使用非常广泛。

2 粘接原理

该单组份聚氨酯胶黏剂是一种反应型粘接胶，其主体材料中含有异氰酸酯基团，在室温下，空气中的湿气将一部分异氰酸酯基团转变氨基基团，氨基基团和剩余的异氰酸酯基团进一步反应，固化形成了高强度弹性体。见图1。这种胶黏剂是以空气中的微量水分作固化剂，对湿气比较敏感。另外，单组份聚氨酯胶的固化还受水分在胶中渗透率的影响，通常是表层先固化，再缓慢扩展到内层，完全固化一般需要数天。

图1 单组份聚氨酯胶黏剂粘接原理

单组份聚氨酯胶黏剂能将玻璃和车身牢固地结合成为一个整体，提高车体的刚性及抗扭曲能力，密封性明显改善，安全性、可靠性大幅度增加。同时，这种装配工艺可以减轻车体自重，有利于车体动力学设计。

3 粘接环境

单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂粘接的相对最佳温湿度条件是：温度23℃，相对空气湿度50%。一般情况下，对工作场地的温度要求为10～35℃，湿度要求为40%～70%。单组份聚氨酯胶黏剂固化过程随时间变化的曲线如图2所示。

图2 单组份聚氨酯胶黏剂固化过程随时间变化的曲线

由图2可知：随着时间的推移，单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂的固化速率不断减慢。

4 技术指标

聚氨酯胶黏剂各项技术指标，见表1。

表1 聚氨酯胶黏剂各项技术指标

5 拉剪测试

5.1 测试依据

拉剪强度测试依据EN 1465。

5.2 测试原料

一种聚氨酯胶黏剂，0.2mm玻璃微珠，样件几何尺寸100mm×25mm×1.6mm(样件长度l×样件宽度w×样件厚度t)的Q235B钢板样件，样件胶层搭接长度l为12.5mm。按下表要求对样件表面处理，分别是不做任何喷涂、只做底漆和面漆。见表2。

表2 各样件表面处理方式

5.3 测试设备

电子拉力机、电动注胶枪、夹子

5.4 粘接工艺

5.4.1 打磨

用砂纸对基材粘接区域内进行打磨，除去易脱落的或难以化学结合的物质。每次打磨后用无纺布擦拭干净。

5.4.2 清洁、活化

采用合适的清洗剂、活化剂对基材粘接区域进行清洁及活化，清洗剂晾至10分钟，活化剂晾置10分钟。

5.4.3 底涂

使用聚氨酯胶黏剂配套的底涂刷涂，底涂晾置30分钟。

5.4.4 施胶

通过电动注胶枪涂布胶黏剂，采用0.2mm玻璃微珠,确保胶层厚度达标。

5.4.5 粘接

将两件样件粘接在一起。

5.4.6 固定、夹持

将未达到初固强度的胶黏剂使用夹子对样件进行固定、夹持。

5.5 性能测试

5.5.1 测试要求

按表2中要求对样件进行表面处理，在室温下固化。固化结束后，采用电子拉力机对其进行检测，如图3所示。上述试验在23℃，RH50%环境条件下进行。

图3 拉剪强度试验

5.5.2 拉剪强度计算

拉剪强度=拉剪力最大值/样件胶层搭接长度×样件宽度，即τj=Fmax/lj×w。力-距离曲线,如图4所示。

图4 力-距离曲线

5.5.3 检测结果，见表3。

表3 各样件拉剪强度汇总

以上可知，胶条拉剪强度试验能够定性反映胶黏剂与基材的粘接强度，并且能够验证基材表面不同喷涂方式的工艺施工性。根据表3中的试验结果，可以评定基材表面不同喷涂方式粘接强度的高低程度。各样件拉剪强度曲线见图5,不同表面喷涂方式下的拉剪强度曲线见图6。

图5 样件拉剪强度曲线

通过图5、图6得出，金属表面喷涂方式不同，拉剪强度不同。表面喷涂方式为底漆时，拉剪强度最大，表面喷涂方式为面漆时，拉剪强度最小，故采用喷涂方式为底漆的基材。

图6 不同表面喷涂方式下的拉剪强度曲线

6 结论

聚氨酯胶黏剂粘接必须在温度要求15～35℃，湿度要求为40%～70%的环境条件下进行，以便于施工及保证粘接质量。

单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂从胶层外部向内部固化，且固化速率随着时间的推移逐渐减慢。

表面处理是形成较佳粘接的先决条件，必须要按照表面处理操作的技术要求执行。

样件处理方式为清洁+活化+底涂且只做底漆喷涂时，拉剪强度最高。安全性、可靠性大幅度增加。

通过分析单组份湿气固化聚氨酯胶黏剂施工工艺，剖析了其施工工艺技术要求，为今后其他部件的粘接施工提供了依据。