汉高汽车抗撞击胶粘剂的研究发展

      一系列采用新结构的胶粘剂适用于各种最极端条件,不但可以使汽车更安全、质量更轻而且更加环保。据中国环氧树脂行业协会专家了解,几十年来汽车制造商一直利用胶粘剂,来加强车体的焊接强度。传统胶粘剂可以承受日常驾驶的机械应力,但有一个严重的缺陷:由于其本身的脆性,无法承受严重的撞击。在极端条件下进行碰撞测试时,由传统胶粘剂粘合的两块部件必然会像拉链一样裂开——零部件只能完全依靠焊缝中的螺母和螺栓保持稳固。这种办法会使汽车更重、造价更高、排放量更高,汽车制造商在关键的碰撞安全部件中不使用这种胶粘剂。汽车制造商面临的问题是,到目前为止尚无足够强劲或可靠的胶粘剂,能够在极端撞击实验中不发生断裂。汉高公司集世界各地专家于一堂,对胶粘剂的化学成分、内部结构(形态),以及由此产生的机械性能之间的关系进行了系统研究,成功研制出适用于最极端环境的高强度结构胶粘剂系列,遇撞击不断裂,同时在其他各方面保持良好性能。这种新型胶粘剂令汽车更安全也更轻。有了这种专用增强胶粘剂,就可以在制造车身时采用更薄的金属面板、减轻车重,汽车越轻油耗也就越少,最终减少每辆汽车二氧化碳排放量。
  
  汉高亚太区汽车部门业务总监GeorgeKazantzis指出:“几家汽车制造商已经开始采用结构胶粘剂,优化车身的抗撞击性能。与传统胶粘剂相比,汉高提供多种新型结构胶粘剂优势明显。它们可以广泛应用于车顶与车身侧面连接处的密封、轮毂及地板等,并带来非常多的优点。”因为提高了粘合性能的工艺可靠度,所以可以减少焊点,从而大幅节约成本;能够实现自动化操作;抗撞击性能更好,有助于提高在NCAP(新车评估计划)中的抗撞等级,而无需增加车身用钢量;更多使用铝合金,因为铝合金的绝缘性能好,韧性高,可防止电腐蚀,并适应混合金属的不同胀差。据中国环氧树脂行业协会专家了解,结构胶粘剂通常是由脆性胶粘剂基材构成,类似橡胶的软聚合物成“球状岛屿”状分布其中。胶粘剂固化时开始形成这些“岛状结构”,这个过程中起初均匀混合的成分几乎完全分离。专家描述这种形态的术语是“传统橡胶增韧”,但抗撞击胶粘剂的结构要复杂的多。抗撞击的关键是固化后胶粘剂的形态。汉高公司已研发出柔性颗粒分布方式,可在胶粘剂固化前将这些几百纳米大小的颗粒均匀分布到整个基质中。汉高公司研究聚合物化学的RainerSchonfeld博士解释说,可以利用这种新颖的技术,精确控制胶粘剂的形态和内部粘接界面。“可以精确测算软硬成分之间的粘接界面,对胶粘剂力学性能的影响”,Schonfeld博士称。
  
  “汉高的专家们利用这项技术,研制出新一代抗撞击结构胶粘剂,它的热稳定性和抗撞击性能优于传统增强型胶粘剂10倍以上。这种胶粘剂已通过多种途径测试,包括专家们用来测试金属与金属连接的机械强度的落塔实验”,他说。在落塔测试中重量约500千克的物体,从2米左右的高度坠落到试样上,试样由带顶帽结构的2块薄钢板粘接或点焊而成。汉高专家采用这种方法,研究试样的撞击性能。据中国环氧树脂行业协会专家了解,在测试中粘接而成的试样在撞击后,从顶部开始出现一段褶皱变形,良好地吸收了冲击能量,粘接线也保持完好。相比之下仅经点焊而成的试样变形幅度更大,能量几乎没有吸收。现在汽车制造商可以买到完全契合其需求,和生产工艺的胶粘剂。第一批抗撞胶粘剂“Terokal”于2004年在美国上市,福特将其应用于F-150皮卡系列,从而取得了同类车中最高的抗撞等级。尽管有这些优点,但汽车制造商尚未充分发挥这种抗撞击胶粘剂的潜力。焊接工艺是高度成熟的技术,几十年来已被广为接受,但是工程师们也正在逐步采用胶粘剂粘接技术。但实际上粘接接头已几乎能,完全取代传统的点焊——在胶粘剂固化前,只需少许点焊来帮助固定粘结车身部件。除了提高安全性外,这项技术也有可能大幅降低成本。“汽车制造业市场正面临着巨大的成本竞争压力”,George Kazantzi指出。
  
  “大多数汽车制造商正积极寻求削减总成本的举措,因此更加倚重自己的供应链。但只有在设计环节中进行充分考虑,才能体现这些技术的全部优势。因为在概念引入后仍需数年才能正式投产”。“由于采购结构胶粘剂的投资并不太大,产量较低的厂家也能与产高厂家一样,享受新技术带来的好处”,George Kazantzi称。今天利用计算机设计开发新车身,并模拟其机械性能已是标准做法。但是对传统的数字模拟技术而言,确定胶粘剂粘接时的用量仍然是重大的挑战。不过,专家们希望,2010年能针对这些应用领域,进一步研发有限元法和其他技术,为粘接可靠性提供所需的计算支持。George Kazantzi认为,由于不同供应规格等诸多因素,用于金属粘结传统结构胶粘剂价格悬殊。“但新技术发展的前提,通常取决由这种改变带来的增值幅度”,他说。“在生产中采用这种技术的客户,通常不是用来取代现有的胶粘剂,而是用于更换或增加机械紧固件。在这种情况下方案必须考虑生产成本。”汉高公司的抗撞击结构胶粘剂技术,还应用于粘合各种不同材料,如塑料、轻金属和传统材料等,增强机械紧固性能,如接头抗疲劳强度、内边缘的耐腐蚀性(包括电偶腐蚀)等。George Kazantzi指出:“所有对轻量化、耐久性及高强度性能有要求的粘合应用,都能从这项技术中受益。除汽车该技术的潜在应用领域,还包括航空/航天、海洋、卡车/巴士、自行车、建筑等”

--来源:中国胶粘剂网-2009