汽车玻璃与聚氨酯密封胶密封底涂剂的合成与性能研究

汽车玻璃与聚氨酯密封胶密封底涂剂的合成与性能研究

进入21世纪后，中国的汽车工业进入了快速发展的阶段，汽车产量达到了世界的第一位。现在汽车挡风玻璃普遍采用单组分湿固化的聚氨酯密封胶粘接密封。全世界几乎90%生产的汽车挡风玻璃采用直接上玻璃工艺,美、欧、日则完全使用胶粘剂粘接汽车挡风玻璃。这种设计不但可以提高车体的密封性能和可靠性,而且可以减轻车体自重。为了保障行车及突发事件时的安全,要求密封胶与基材的粘接在破坏试验时达到完全内聚破坏。在玻璃与聚氨酯密封胶之间涂刷一层底涂剂是目前最常用的办法。这就要求底涂剂对玻璃和聚氨酯密封胶都具有很好的粘接力,并能在15min内完成表干以适应车厂装配线的要求。TrabesingerG、TeysseireR、丁云香和SchwoeppeD,等先后发表过相关的专利,对于底涂剂的研发思路和性能提出了各自的见解。本研发采用低相对分子质量的聚酯多元醇与脂肪族二异氰酸酯反应先制得聚氨酯预聚体溶液,用HDI三聚体和KH-590按比例混合搅拌制得一种同时含有硅甲氧基和异氰酸酯官能团的反应产物(YP-2),再将预聚体溶液、YP-2、乙酸乙酯、炭黑、二月桂酸二丁基锡(T-12)一起进行球磨,制得聚氨酯密封胶底涂剂。该底涂剂不但使聚氨酯密封胶与玻璃基材牢固粘接,而且具有优异的成膜性能,实现了漆膜的快速表干,以满足车厂流水线装配。1试验部分1.1其他工业三聚体聚酯多元醇(POL-1180),工业级,青岛新宇田化工有限公司;硅烷偶联剂(KH-590),工业级,杭州沸点化工有限公司;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业级,拜耳公司;HDI三聚体,工业级,巴斯夫公司;乙酸乙酯,分析纯,山东省化工研究院;炭黑(CABOT330R),卡博特化工有限公司;二月桂酸二丁基锡(T-12),工业级,高施米特化工有限公司;三乙胺(TEA),分析纯,国药集团。1.2合成工艺1.2.1nco预聚体溶液的制备将POL-1180在110℃下真空干燥3h,降温至60℃加入IPDI,缓慢升温并使温度维持在80℃左右反应,直到体系的NCO质量分数达到理论值7.9%,降温至70℃以下加入乙酸乙酯(质量为POL-1180与IPDI质量总和的50%),继续搅拌分散均匀,制得端基为NCO的预聚体溶液。1.2.2yp-2的合成将7份HDI三聚体、3份KH-590混合后加入0.01份TEA搅拌3h,制得一种同时含有硅甲氧基和异氰酸酯官能团的反应产物YP-2。1.2.3球磨机底涂碳黑的制备将30份预聚体溶液、10份YP-2、4份炭黑、和0.005份T-12加入到球磨机中,球磨12h,制得NCO质量分数约为3%的底涂剂。1.3玻璃胶密封胶试片密封胶注意事项选用的浮法玻璃试片尺寸:75mm×25mm、50mm×50mm,涂胶表面需用丙酮等溶剂除去油污、灰尘,并且干燥,后用脱脂棉球蘸取底涂剂均匀涂抹在玻璃片表面,静置15min后涂覆汽车风挡玻璃用密封胶,两个玻璃试片用密封胶平行搭接的长度为12.5mm,密封胶厚度约4mm,用刮刀刮去试样周围余胶,胶内部不得有气泡。底涂剂刷涂面积应完全覆盖并大于施胶面积,见图1。1.4测试1.4.1底涂剂试片的制备表干时间按照GB/T1728—1979测试,在标准条件下,用棉球蘸取少量底涂剂样品,均匀涂于玻璃试片上。在距膜面边缘不小于1cm的范围内,每隔1min在底涂剂膜表面上轻轻放上一个脱脂棉球,用嘴距棉球10～15cm,沿水平方向轻吹棉球,如能吹走,膜面不留有棉丝,即认为表干。1.4.2拉伸和破坏强度测定剪切强度按照GB/T7124—2008测试,制备的试样在标准条件下放置7d后,在拉力试验机上测试,拉伸速度200mm/min,根据实测搭接面积计算剪切强度值。如果破坏形式出现界面破坏,测量界面破坏面积,计算界面破坏面积占整体破坏截面的比例。破坏类型按照GB/T16997—1997测试。2结果与讨论2.1kh-400中的基将制得的聚氨酯底涂剂进行红外分析,见图2。由图2可知,2268cm-1处为异氰酸酯的特征吸收峰,1732cm-1处为氨基甲酸酯C==OC=Ο的伸缩振动吸收峰,1725cm-1为聚酯多元醇中C==OC=Ο伸缩振动吸收峰,1082cm-1处对应着硅甲氧基中碳氧键的伸缩振动吸收峰,2938～2864cm-1处的双重峰为甲基、亚甲基碳氢键的伸缩振动吸收峰,在谱图中没有发现巯基的吸收峰,说明KH-590中的巯基已经与异氰酸酯基反应完全。2.2预聚体溶液添加量对底涂剂施工性能的影响表干时间对施工性能有一定的影响,本实验改变预聚体溶液在体系中的比例,以分析预聚体与底涂剂成膜时间的关系,试验数据见表1。由表1可知,随着预聚体溶液添加量的增加,底涂剂的表干时间随之缩短,适合工厂流水线式生产的要求,但是添加量过高,即添加到质量分数40%时,虽然表干时间很短,但是在实际操作中随着溶剂的挥发,底涂剂会在基材表面迅速成膜,反而不利于底涂剂在基材表面的刷涂施工与浸润,试验中当预聚体溶液占底涂剂总量的比例在30%时,底涂剂6min可以表干,并且施工性能好,与基材浸润良好。2.3yp-2添加量对底涂剂粘接力的影响改变YP-2在体系中的比例,观察其含量对底涂剂粘接力的影响,试验数据见表2。由表2可知,YP-2的添加量对底涂剂的粘接力影响很大,适当增加其在底涂剂中的比例可以明显提高底涂剂的粘接能力。当添加量大于底涂剂总量的8%时,底涂剂可以与聚氨酯密封胶和玻璃都有很好的粘接力,剪切试验的破坏形式均为内聚破坏。3添加量对快