双组分聚氨酯胶粘剂概述.docx
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双组分聚氨酯胶粘剂概述
双组分聚氨酯胶粘剂概述
双组分聚氨酯胶粘剂是聚氨酯胶粘剂中最重要的一个大类，用途广，用量大。
通常由甲、乙两个组分组成，两个组分是分开包装的，使用前按一定比例配制即可。
甲组分（主剂）为羟基组分，乙组分（固化剂）为含游离异氰酸酯基团的组分。
也有的主剂为端基NCO的聚氨酯预聚体，固化剂为低分子量多元醇或多元胺，甲组分和乙组分按一定比例混合生成聚氨酯树脂。
双组分聚氨酯胶粘剂具有以下特点。
（1）属反应性的胶粘剂在两个组分混合后，发生交联反应，产生固化产物。
（2）制备时，可以调节两组分的原料组成和分子量，使之在室温下有合适的粘度，可制成高固含量或无溶剂双组分胶粘剂。
（3）通常可室温固化，通过选择制备胶粘剂的原料或加入催化剂可凋节固化速度。
一般，双组分聚氨酯胶粘剂有较大的初粘合力，叫加热固化，其最终粘合强度比单组分胶粘剂大，可以满足结构胶粘剂的要求。
（4）两个组分的用量可在一定范围内调节，一般存在着一定容忍度。
两组分的NCO／OH摩尔比在一般情况下大于或等于l，当固化时，一部分NCO基团参与胶的固化反应，产生化学粘合力，多余的NC0基团在加热固化时，还可产生脲基甲酸酯、缩二脲等，增加交联度，提高了胶层的内聚强度和耐热性。
对于无溶剂双组分聚氨酯胶粘剂来说，因各组分起始分子量不大，一般来说NCO／OH摩尔比等于或稍大于l，有利于固化完全，特别在粘合密封件时，注意NCO组分不能过量太多。
而对于溶剂型双组分胶粘剂来说，其主剂分子量较大，初粘性能较好，两组分的用量可在较大范围内调节，NCO／OH摩尔比可小于1或大于1的数倍。
当NCO组分（固化剂）过量较多的场合，多异氰酸酯自聚形成坚韧的胶粘层，适合于硬材料的粘接；在NCO组分用量少的场合，则胶层柔软，可用于皮革、织物等软材料的粘接。
双组分聚氨酯胶粘剂自问世以来，由于具有性能可调节性、粘合强度大、粘接范围广等优点，已成为聚氨酯胶粘剂中品种最多、产量最大的产品。
通用型双组分聚氨酯胶粘剂
通用型聚氨酯胶粘剂是以聚己二酸乙二醇酯为原料、以溶剂聚氨酯树脂为主成分（甲组分），以三羟甲基丙烷—T1）I加成物为固化剂（乙组分）的双组分聚氨酯胶粘剂。
通用型双组分聚氨酯胶粘剂亦称101-聚氨酯胶粘剂，是上海新光化工厂最早投入工业化生产、至今仍是国内生产量最大的聚氨酯胶粘剂，国内用户达千家以上，主要用于绝缘材料、包装材料、复合膜、多孔材料、深冷保护材料等的粘接。
1.产品规格
通用型双组分聚氨酯胶粘剂要制订国家标准，目前正在起草行业标准，其主要技术指标见表。
表通用型双组分聚氨酯胶粘剂产品的规格
项目\组分
甲组分（主剂）
乙组分（固化剂）
外观
NCO含量，％
含固体量，％
粘度，25℃
浅黄色或茶色粘稠液
--
30±2,50±2
30-90
无色或浅黄色透明液
12±1
60±2
--
剪切强度，MPa
8.0
8.0
2.胶粘剂的贮存
通用型双组分聚氨酯胶粘剂组分中含有机溶剂（丙酮、醋酸乙酯等），按易燃品规定贮运。
乙组分中含活泼的异氰酸酯基团，要避免与水等活性基团物质接触。
甲组分在冷天会产生结晶或形成絮状沉淀，属正常物理变化，只须在温水中或采用适当的加热装置（避免明火）温热即可熔化使用。
甲、乙组分贮存时间分别为一年和半年。
产品包装有听装和玻璃瓶装两种。
3.使用方法
双组分聚氨酯胶粘剂使用方法的好坏直接影响材料的粘合性能，在粘合前需注意甲乙组分是否过期变质。
尤其是乙组分，因容易发生缩聚反应而变质，宜在低温密闭条件下保存。
聚氨酯胶粘剂的施用一般分为表面处理、胶的配制与涂布、固定与固化以及整饰等步骤，各步骤都要严格遵守操作规程，否则会影响粘接的质量。
1．使用方法
（1）表面处理被粘合材料的表面在涂布胶粘剂前必须经去污、除锈、脱脂等处理，一般用喷砂、砂轮、砂纸等方法除锈，用甲苯、丙酮、乙醇等溶剂脱脂去油渍。
处理后要求表面干燥、平整。
铝-铝合金表面的处理可用零号砂布打毛和丙酮脱脂，放人65-70℃重铬酸钠溶液中浸渍30min，用水冲淋，在70℃以下烘干备用。
重铬酸钠溶液可用下列配方制备：
重铬酸钠：
水：
浓硫酸=7.5：
65.2：
27.3或30：
176：
50（质量份数）。
低碳钢的表面用1号砂布打毛，再用三氯乙烯脱脂后即可进行粘接。
聚氯乙烯板与泡沫用三氯乙烯脱脂,层压板和玻璃钢用零号砂布打毛。
木材、纸张、皮带不平整、不清洁时均须进行表面处理。
表面处理方法对铝-铝材料粘合强度（剪切强度）的影响见表。
处理方法\剪切强度
剪切强度，MPa
试样1 试样2 试样3 平均
丙酮脱脂
零号砂布打毛
阳极化
化学法
5.32 5.42 5.46 5.40
8.65 9.19 9.67 9.17
9.31 10.91 10.86 10.37
10.96 12.27 13.96 12.40
*铁锚-101胶，甲组分：
乙组分＝100：
50（质量份数）。
（2）胶液配制胶粘剂的配制视被粘材料的要求而定，甲、乙组分有不同的配比，而且该胶粘剂还可以与它种胶粘剂混用。
通用型双组分聚氨酯胶粘剂甲、乙组分的配比见表。
表粘接各种材料用胶的配比
被粘合材料
甲组分（质量分数）
乙组分（质量分数）
纸张、皮革、木材
一般材料
金属材料
100
100
100
10-15
15-30
20-50
若要加速固化时间，并使起始粘合力提高，在组分中可加入0.1％-0.3％的三乙醇胺或二乙胺基乙醇。
胶粘剂按甲、乙组分比例配制后即可使用。
配好的胶粘剂在密闭条件下可贮存半天到一天时间（25℃），若按甲：
乙=100：
50配制，贮存期就缩短至3-4h箱温度越高，贮存期越短；乙组分越多，固化速度越快；胶合层硬度越高，耐热性能也就越好。
胶粘剂甲、乙组分配比对粘合强度的影响见表。
表甲、乙组分配比对粘合强度的影响*
甲组分:
乙组分（质量分数）
100:
5
100:
10
100:
30
100:
50
100:
70
100:
100
剪切强度，MPa
6.2
7.4
11.7
12.3
12.4
13.7
*被粘材料为铝-铝合金。
胶粘剂中加入一定量的填料可增加胶粘层的硬度以及耐热性，另外还可降低胶粘剂的成本。
加入填料量一般为10％-20％（质量份数），要求填料粒度要细，能均匀分散在胶粘剂内。
并要求填料要干燥而且易被胶粘剂润湿。
填料添加量对铝—铝粘合强度的影响见表。
表填料添加量对铝-铝粘合强度的影响
填料（质量份数）
甲组分（质量份数）
乙组分（质量份数）
铝-铝剪切强度，MPa
--
硅藻土5
高岭土5
高岭土10
高岭土20
100
100
100
100
100
10
10
10
10
50
7.4
7.8
8.8
12.2
13.1
石英粉、铝粉、铁粉、石棉粉以及滑石粉等都可作为通用型聚氨酯胶粘剂的填料。
（3）涂布与固化使用配好的胶液进行涂布时，可用油画笔将胶液涂在已处理的材料表面，第一次涂胶后放置5-10min，再涂第二次，放置10-20min。
然后，将被粘合的材料表面贴合在一起，甲0.03-0.05MPa的压力使其固化，加压时间为数分钟至10h箱粘接件于室温放置一昼夜即能达到较大的粘合强度，要达最高强度需3-5天。
加温固化可缩短固化时间，如100℃时2h、130℃时1h，其胶层可达到基本固化。
粘接件在未固化前有一定的粘合力，但此时切勿使用于湿热处。
被粘材料的面积较大时可采用油漆用刷或用喷涂法进行施胶。
固化温度对粘合强度的影响见表，各种被粘材料的粘合条件见表。
表固化温度对粘合强度的影响
甲组分:
乙组分（质量分数）
100℃固化2h时的剪切强度，MPa
室温固化1天时的剪切强度，MPa
100:
10
100:
50
7.3
12.2
6.5
11.1
表各种被粘材料的粘合条件
被粘材料
固定压力，MPa
温度，℃
时间，h
铝合金-铝合金
钢－钢
铁－铁
木材－木材
其他
0.05
0.03
0.03
0.015
0.03
100
70
70
70
70
2
12
12
12
12
4.粘合性能
通用型双组分聚氨酯胶粘剂对各种材料的粘合强度见表。
铝-铝合金粘接件在各种温度下具有的粘合强度见表。
表各种被粘材料的粘合强度①
被粘材料
剪切强度，MPa
被粘材料
剪切强度，MPa
铝合金—铝合金
木材—木材
硬PVC—硬PVC
7
9
6
软钢—软钢
玻璃钢—玻璃钢
层压板-层压板②
5
7
8
①甲组分：
乙组分：
100：
100（质量份数）。
②酚醛层压板。
表铝合金粘接件在各种温度下的粘合强度
甲组分：
乙组分（质量份数）
各种温度下的剪切强度，MPa
-73℃ 29℃ 50℃ 70℃ 100℃
100:
10
100:
50
16 7 5 5 5
24 12 9 8 7
将硬聚氯乙烯以通用型双组分聚氨酯胶粘剂粘接后，于不同温度下分别浸入酸性与碱性溶液中各7天后取出，测其剪切强度如表所示。
浸入氢氧化钠溶液中，其胶粘剂膜呈粉状，而浸入盐酸中者则发酥。
将铝—铝粘接的试样进行耐油、耐水解及耐湿热试验，其粘合性能的变化见表。
从耐油试验数据看来，汽油浸泡后者粘合力最高，冷水浸泡者次之，因此，可作为耐水解胶粘剂，但不宜长期使用。
然而，经过70℃热老化以后，反而使粘合强度提高了，这说明在加热条件下，聚氨酯胶粘剂固化得更好了。
表硬PVC硬PVC粘接件的耐腐蚀试验
浓度与强度\药品名称
空白
H2S04（工业）
H2S04（工业）
HCl（工业）
NaOH（工业）
浓度，％
剪切强度，MPa
0
6
30
5
10
6
31
1
30
4
表铝-铝合金粘接件耐油、耐水、耐湿热老化试验
介质
空白
汽油
火油
车油
冷水
热老化
湿热老化（温度95%-100%）
温度，℃
时间，h
剪切强度，MPa
7
16-20
96
7
16-20
72
4
16-20
72
5
16-20
96
5
72±2
240
9
48-53
96
5
5.改进型通用聚氨酯胶粘剂
上述通用型双组分聚氨酯胶粘剂的生产操作中，存在问题是粘度较难控制，如不能达到指标，则胶粘剂的初粘强度较差，给使用带来困难。
另外，一般通用胶在冬天会产生结晶或絮状体，需加热熔化后才能使用，因此给用户带来麻烦。
经过制备方法的改进以及聚酯多元醇结构的调整，解决了以上难题，制得深受用户欢迎的通用型双组分聚氨酯胶粘剂。
1.扩链法制备甲组分胶液
聚己二酸—乙二醇经真空脱水处理后，其水分含量达到0.06％以下。
可按甲苯二异氰酸酯（80/20）与聚酯多元醇的摩尔比（R指数）等于2.5，计算，TDI与聚酯多元醇的投料量。
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