王鵬飛，王明麗，馬文游，孫澤志，楊江橋

（西卡中國(guó)有限公司，江蘇 蘇州 215121）

車(chē)輛用膠粘劑粘接的長(zhǎng)期使用性和耐久性，在接頭的整個(gè)設(shè)計(jì)和使用壽命中都至關(guān)重要。西卡公司跟蹤測(cè)試20年的粘接組件，得到的機(jī)械性能和粘接性能與施工初期相差無(wú)幾，故施工的正確性及產(chǎn)品的合理選擇是膠粘劑在車(chē)輛上經(jīng)久耐用的根本所在。

彈性膠粘劑大多是高分子產(chǎn)品，因此在一定程度上會(huì)發(fā)生老化，所以在膠接設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到這一復(fù)雜過(guò)程中的各種影響因素。本研究將討論影響彈性膠粘劑各種老化的因素[1]，其中化學(xué)物質(zhì)、溫度、自然環(huán)境和粘接基材等[2]對(duì)膠粘劑的老化影響尤為突出。

1 化學(xué)物質(zhì)的影響

車(chē)輛上的膠粘劑尤其是外露的彈性密封膠體會(huì)受到不同化學(xué)品的影響，一般以水，水溶液及清潔劑等化學(xué)品接觸為主。膠粘劑具有一定的耐化學(xué)性，在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)化學(xué)物質(zhì)有抵抗作用，故在正確工藝設(shè)計(jì)條件下，是可以保證在壽命期內(nèi)車(chē)輛安全使用的。

例如，高鐵、客車(chē)上使用的聚氨酯填縫膠，在正確的設(shè)計(jì)原則指導(dǎo)下，使用10年以上的膠體與初始性能對(duì)比，其性能指標(biāo)相差不會(huì)超過(guò)20%[3]。

當(dāng)膠粘劑與金屬膠接時(shí)，防腐就顯得至關(guān)重要。由于彈性膠粘劑與許多金屬腐蝕的保護(hù)系統(tǒng)是兼容的，所以彈性粘接體系對(duì)于金屬防腐是有利的。

如果膠粘劑長(zhǎng)期暴露于化學(xué)品區(qū)域中，或在特殊環(huán)境中，那么對(duì)于是否使用膠粘劑和使用何種膠粘劑需要進(jìn)行多方面評(píng)估才能決定。將膠粘劑Sikaflex-360浸泡于機(jī)械潤(rùn)滑油和齒輪潤(rùn)滑油中，采用邵氏A硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

表1 Sikaflex-360耐油性邵氏A硬度測(cè)試Tab.1 Oil resistance tests of Sikaflex-360 for Shore A hardness

由表1可知：Sikaflex-360的耐機(jī)器潤(rùn)滑油性能要比耐齒輪潤(rùn)滑油性能優(yōu)異，故在選擇長(zhǎng)期暴露于齒輪潤(rùn)滑油的應(yīng)用中選用Sikaflex-360并不合適。

將膠粘劑Sikaflex-221、Sikaflex-252進(jìn)行耐酸、耐堿性能測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

由表2可知：酸、堿化學(xué)物質(zhì)對(duì)膠粘劑的耐久性存在影響，且化學(xué)物質(zhì)不同，對(duì)膠粘劑耐久性的影響程度亦有所不同。

2 溫度的影響

車(chē)輛上使用膠粘劑的粘接技術(shù)與機(jī)械固定技術(shù)相比，膠粘劑耐溫性通常是可以滿足車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境的要求，其耐溫性幾乎與車(chē)內(nèi)的非金屬塑料件接近。但在高溫條件下長(zhǎng)期使用時(shí)，膠接強(qiáng)度會(huì)有一定的衰減，所以在膠接設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮溫度的影響因素。另外，在膠粘劑膠接設(shè)計(jì)時(shí)還必須考慮到額外的機(jī)械防護(hù)措施。因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度驟然升高時(shí)，如發(fā)生火災(zāi)事故等，超過(guò)250 ℃就會(huì)導(dǎo)致膠粘劑膠接失效，若有機(jī)械防護(hù)措施便可大大減少損失與傷害[4]。 將Sikaflex-265、Sikaflex-255膠 粘劑在60 ℃條件下進(jìn)行耐熱性測(cè)試，結(jié)果如圖1、圖2所示（圖中60 ℃1 m即將膠粘劑樣品放置在60 ℃環(huán)境中30 d后測(cè)試）。

表2 Sikaflex-221、Sikaflex-252耐酸堿測(cè)試Tab.2 Acid and alkali resistant tests of Sikaflex-221 and Sikaflex-252

圖1 Sikaflex-265長(zhǎng)期60 ℃下剪切性能測(cè)試Fig.1 60℃ ageing tests of Sikaflex-265 for lap-shearing property

圖2 Sikaflex-255 長(zhǎng)期60 ℃下剪切性能測(cè)試Fig.2 60℃ ageing tests of Sikaflex-255 for lap-shearing property

由圖1、圖2可知：膠粘劑Sikaflex-265、Sikaflex-255可以在60 ℃的溫度下長(zhǎng)期使用，其粘接性能穩(wěn)定，粘接強(qiáng)度變化不大。

3 自然環(huán)境的影響

自然環(huán)境因素主要是指太陽(yáng)光的紫外輻射及自然環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)。對(duì)于太陽(yáng)光的照射，主要關(guān)注紫外輻射對(duì)膠粘劑外露部分粘接透明材料的影響。紫外光的能量較高，這種高能量輻射對(duì)膠體表面會(huì)造成損害。所以外露的填縫膠和粘接透明或半透明基材的膠粘劑，需要采用特殊配方，使用額外的防護(hù)。在外露的填縫劑配方中通常需加入抗紫外添加劑，以吸收紫外光的能量，減少對(duì)膠體表面的損傷。對(duì)于紫外光的影響，人工老化和自然老化可以模擬對(duì)比出膠粘劑的性能，如表3所示。

表3 Sikaflex-221WR、Sikaflex-221內(nèi)部評(píng)估耐紫外實(shí)驗(yàn)Tab.3 QUV test of Sikaflex-221WR and Sikaflex-221

對(duì)于粘接透明、半透明的基材，除硅酮膠以外，都必須保護(hù)膠粘劑和基材之間的粘接層，不受紫外光輻射的破壞。一般透明、半透明基材粘接層會(huì)有屏蔽層，通常為陶瓷印邊、裝飾條或不透明的涂料等。在進(jìn)行粘接時(shí)，建議測(cè)試基材的透光率，如果基材的透光率在使用范圍以上，還建議使用不透光的黑色底涂做2次保護(hù)。同樣對(duì)于該應(yīng)用，西卡的人工老化和自然老化的數(shù)據(jù)表明，在正確設(shè)計(jì)膠接系統(tǒng)的情況下，自然環(huán)境下使用20年后，仍然粘接良好，割膠試驗(yàn)表明為膠粘劑內(nèi)聚破壞，如圖3、圖4所示。

圖3 Sikaflex-265浮法玻璃粘接測(cè)試Fig.3 Sikaflex-265 adhesion test on float glass

圖4 Sikaflex-265陶瓷印邊玻璃粘接測(cè)試Fig.4 Sikaflex-265 adhesion test on ceramic glass

4 粘接基材

關(guān)于基材對(duì)彈性膠粘劑耐久性的影響，下面列舉3種常用且重要的基材加以說(shuō)明。

熱塑性塑料：熱塑性塑料的特點(diǎn)是具有內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力在某種程度上源于制造工藝[5]。當(dāng)這些材料接觸到化學(xué)品（尤其是溶劑）時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂，這種現(xiàn)象稱作應(yīng)力開(kāi)裂。當(dāng)基材與膠粘劑黏合為一體時(shí)，基材因應(yīng)力而開(kāi)裂，其開(kāi)裂程度會(huì)對(duì)膠粘劑的粘接性和耐久性產(chǎn)生影響。所以在這些熱塑性塑料上使用膠粘劑時(shí)需進(jìn)行測(cè)試，并且在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮使用正確模量、無(wú)溶劑的膠粘劑，以減少外界對(duì)塑料額外的應(yīng)力。

復(fù)合材料：材料收縮是指在類似玻璃鋼制品一類的復(fù)合材料上使用膠粘劑，材料本身在固化過(guò)程中會(huì)發(fā)生一個(gè)持續(xù)數(shù)周的收縮[6]。這些材料制成的部件不能在制造后立即使用膠粘劑，因?yàn)樵谡辰雍螅陌l(fā)生的收縮會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的應(yīng)力，這些應(yīng)力和通常使用過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力總和可能會(huì)超過(guò)膠粘劑形變所能吸收的應(yīng)力范圍，從而使粘接過(guò)早破壞，減少膠粘劑的使用壽命，影響其耐久性。因此，在對(duì)這類材料進(jìn)行粘接時(shí)，可以進(jìn)行數(shù)小時(shí)的熱處理，使其達(dá)到穩(wěn)定形態(tài)后，再進(jìn)行粘接。

金屬材料：金屬材料的缺陷是在接觸到氧氣和水的情況下，可能會(huì)有腐蝕現(xiàn)象，所以在使用金屬材料時(shí)都需要做防腐處理。防腐處理包括防腐涂層或其他一些電鍍技術(shù)。對(duì)于粘接金屬的膠粘劑耐久性影響，除了膠粘劑與基材本身的粘接性外，還有金屬本身的腐蝕，若金屬腐蝕，本體遭到破壞，粘接體系也會(huì)隨之被破壞，從而影響膠粘劑的耐久性。故金屬粘接體系耐久性的前提是要有較為穩(wěn)定的金屬防腐體系。

綜上所述，在車(chē)輛上使用膠粘劑，須從諸多方面進(jìn)行考證、測(cè)試和研究，方能得出最合適、最高效以及最經(jīng)久耐用的粘接方案。

[1]Sika AG.Elastic bonding Second revised edition[A]//2006 SV Corporate Media GmBH,D-80992 Munich,Germany[C].

[2]曲軍.粘接技術(shù)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[A]//第十八屆中國(guó)膠粘劑和膠粘帶行業(yè)年會(huì)報(bào)告[C].2015.

[3]Sika AG.Sika Transpiration training course.

[4]Pizzi A,Mittal K L,Pizzi Anto.Handbook of adhesive technology[M].Marcel Dekker Inc,2003,224-231.

[5]鄭道德.塑料工業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007,32-33.

[6]鄭道德.塑料工業(yè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)[M].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007,623-625.