對擋風玻璃底涂劑使用工藝的探討

趙景左 潘珊珊 唐禮道 艾少華

摘要：文章對汽車用擋風玻璃底涂劑使用工藝進行研究探討。結果表明，擋風玻璃底涂劑使用前需搖晃足夠時間并選擇合適的涂刷工具。涂刷時底涂劑最佳厚度為5～50um，最多涂刷至第二層，涂刷后在開放24h內進行打膠裝配。盡量控制底涂劑涂刷工位處為標準環境。

關鍵詞：底涂劑;工藝;擋風玻璃

中圖分類號：TQ436⁺.9 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0005-03

單組份聚氨酯粘接膠以及密封膠因具有良好的低溫柔韌性、耐沖擊性、耐化學品性等特點，在汽車制造和建筑密封行業廣泛使用。在粘接汽車擋風玻璃裝配工藝中，單組份聚氨酯粘接膠粘接面為擋風玻璃和車身漆面或汽車輕量化后所用的輕質鋁板。目前市場上具有免底涂的單組份聚氨酯粘接大都是針對漆面底涂，但擋風玻璃不用底涂，與聚氨酯膠的粘接性能會較差。文章中對擋風玻璃面底涂使用工藝進行研究探討，考察擋風玻璃底涂不同涂刷工藝對單組份聚氨酯粘接膠粘接可靠性的影響。

1實驗部分

1.1原材料

無水乙醇，試劑級，湖北奧生新材料有限公司;擋風玻璃底涂劑8906G，工業品，湖北回天新材股份有限公司;擋風玻璃粘接膠8960H，工業品，湖北回天新材股份有限公司;活化劑8902：工業品，湖北回天新材股份有限公司。

1.2主要儀器設備

BTl-FR2.5TH材料試驗機，德國ZWICK;KLG-9203A;鼓風干燥箱，北京北方利輝試驗儀器設備有限公司;恒溫恒濕間，上海簡戶儀器;尖嘴鉗，市售;裁紙刀，市售;浮法玻璃，中國建材檢驗認證集團蘇州有限公司;尺寸為25ramx100mm的5052鋁片，市售。

1.3性能測試

粘接剝離性能測試：按照DVS 1618-2002標準，粘接與粘接接頭的試驗（剝離試驗/粘道試驗）中規定測試;

拉伸剪切測試：將鋁片使用無水乙醇清洗后打磨，打磨后再次清洗。刷涂擋風玻璃底涂劑，在底涂劑表面進行涂膠，搭接長度（10+2）mm，膠層厚度約3mm，內部不得有氣泡，試片四周的膠液須清理干凈。試樣在溫度（23+5）℃，（55±5）%RH的條件下固化7d后在拉力機上按GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強度測定方法（金屬對金屬）測試，測試速度為20mm/min，根據實測搭接面積計算強度值，并記錄破壞外觀。

2結果與討論

2.1涂刷前準備

2.1.1搖晃時間的控制

聚氨酯底涂劑成分中含有炭黑，長期靜置放置會有沉淀傾向，因此在開蓋使用前，需搖晃5min以上，使炭黑再次充分分散到底涂劑中，否則會影響被粘結構的強度以及老化性能。目前大多汽車主機廠使用機械搖晃機進行搖晃，由于搖晃的幅度與頻率與手搖存在差異，當聽到底涂劑瓶內的鋼珠碰壁發出清脆的撞擊聲時并不代表炭黑完全分散，可提前將要使用的底涂劑放人搖晃機中搖晃足夠時間，盡可能的變換方向搖晃后再開瓶使用。

2.1.2涂刷工具的選擇

可用來涂刷底涂劑的涂刷工具有毛氈頭、海綿頭、毛刷、無紡布等。涂刷工具的選擇取決于底涂劑的粘度和刷頭的致密度的匹配性。底涂劑粘度低，可選擇致密度較高的刷頭，否則會造成底涂劑滴落，污染玻璃。反之要選擇致密度較低的刷頭，否則底涂劑不易擠出，影響施工。目前，大多汽車主機廠在涂刷擋風玻璃時是使用毛氈頭加刷瓶的方式或使用毛刷直接蘸涂。

2.2涂刷厚度對粘接性能的影響

通常涂刷厚度是指未晾置干的濕的底涂劑厚度。涂刷厚度直接影響粘接膠的粘接強度，在刀割剝離實驗中，底涂劑涂刷厚度在5～50um之間時，破壞形式為100%內聚破壞，且殘留在擋風玻璃底涂劑面上的殘膠厚度正常。當底涂劑的涂刷厚度達到100um以上時，在用手鉗卷膠條時，殘留在擋風玻璃底涂劑面上的殘膠很薄，但又不是界面破壞，此現象對結構粘接會有一定不良影響。測試結果如表1所示。

在鋁片上涂刷不同厚度的底涂后施膠粘接，測試其剪切強度，結果如下圖所示：

由圖1可知，底涂劑涂刷厚度在5～50um之間時的剪切強度在4.5MPa左右，達到大多主機廠所要求的剪切強度要求。而底涂劑涂刷厚度為100um時，擋風玻璃粘接膠的拉伸剪切強度有1MPa左右的下降，當超過200um后，剪切強度下降至3MPa以下，直接影響到粘接膠的粘接可靠性。

結合上述刀割剝離實驗結果，底涂劑涂刷厚度大于1001xm以上時殘留膠層出現過薄現象，同時剪切強度下降，加大了汽車車身和擋風玻璃之間的結構粘接失效的風險，故底涂劑的涂刷厚度控制在5～50um之間為宜，確保粘接膠的粘接可靠性。

2.3涂刷層數對粘接性能的影響

除一些汽車擋風玻璃供應商使用長效底涂劑外，在汽車主機廠生產線上，底涂劑一般都是現涂現用，所以會存在涂完后底涂劑被污染或者停線后沒有施膠粘接的情況，出現類似情況，在第一層底涂劑干燥后的漆膜保持清潔的情況下可再次涂刷底涂劑。本文研究了涂刷底涂劑的層數對粘接膠粘接性的影響：

先涂一層底涂劑，待底涂劑晾置15min完全干燥后再次涂刷，以此方法最多涂刷四層。通過實驗，得到結論：底涂劑在涂刷四層后經刀割剝離性能以及剪切性能測試，殘留在玻璃面的膠層過薄，剪切強度下降。底涂劑涂刷層數實驗結果與上文中底涂劑涂刷厚度結果類似，層數增加，相當于底涂劑成膜厚度增加，在此處不過多討論。綜上所述，在第一層底涂劑涂刷后，底涂劑干燥成膜后被污染或者超過24h以上的長時間停線可涂刷第二層，但不能超過三層。

2.4涂刷后開放時間對粘接性能的影響

由于各主機廠生產線在擋風玻璃底涂涂刷后開放時間（底涂劑涂刷完到打膠的時間）間隔規定不一，文章所述的底涂劑開放時間對粘接膠粘接性的影響。實驗結果如表2所示。

從表2可以看出，HT8906G底涂劑開放時間在48h后刀割剝離性能的破壞形式下降至85%以下。雖然8906G底涂劑的開放時間較長，但經測試鋁片的剪切強度發現，開放時間在20h左右強度會有約1MPa的下降趨勢，具體剪切強度數據如下圖2所示。如果底涂劑是現涂現用工藝，建議盡量在24h內進行打膠粘接工序，以保證底涂劑和粘接膠之間的粘接可靠性。

2.5底涂劑開放超時處理方案

當底涂劑涂刷后，遇到裝配車間停線，或者其他因素造成開放時間超過24h，根據上文涂刷層數中所述，可以在原底涂劑涂刷面上再涂一層底涂劑，待15min后到24h內進行打膠裝配工序即可。

另外也可使用以下方案：

1）將原已干燥的底涂劑膜使用工具鏟掉，用乙酸乙酯或丁酮等清潔溶劑將被粘表面清洗干凈，再次涂刷底涂劑晾干，在開放時間內進行打膠裝配。

2）在原底涂劑干燥的膜上再涂刷一層配套產品HT8902活化劑，待15min后即可進行打膠裝配工序。

3）另外需要提出的是，HT8906G也可作為長效底涂劑進行使用。即擋風玻璃底涂劑并不是現涂現用，而是在底涂劑涂刷后保持清潔環境中，存放至2～3個月，待玻璃上線粘接裝配時，在生產線上使用HT8902活化劑激活底涂劑，再進行打膠裝配操作。

2.6涂刷環境的影響

底涂劑是一種含有溶劑、炭黑、含硅烷多異氰酸酯聚合物的混合液體。遇濕氣固化，對溫度較為敏感。HT8906G產品在標準溫濕度23±5℃，55±5%RH條件下的開口時間為4～10h。但在汽車制造車間，條件較為苛刻，高溫高濕環境會減少底涂劑產品的開口時間，同時，夏季風扇也會加快底涂劑的溶劑揮發，造成開口時間縮短。綜上所述，在涂刷底涂劑工位盡量保持標準溫濕度環境來保證底涂劑的正常開口時間，不影響底涂劑的正常使用。

3結語

1）擋風玻璃底涂劑在使用前需至少搖晃5min以上，盡量留足搖晃時間;選擇涂刷工具為毛氈頭加刷瓶為佳，但選擇時注意毛氈致密性，也可選擇毛刷蘸涂。

2）在涂刷底涂劑時，控制涂刷底涂劑的厚度為5～50um，也不能重復涂刷層數過多，最多涂刷兩層。厚度超過200um或層數超過三層后殘膠厚度過薄，剪切強度下降，回影響最終的粘接可靠性。

3）在底涂劑涂刷后，在24h內進行打膠工藝。如超時可再涂刷一層或涂刷HT8902進行處理。也可作為長效底涂劑，擋風玻璃可長期存放，上線裝配激活后使用。

4）如條件允許，盡量控制涂刷底涂劑工位為標準環境。