近些年，汽車(chē)行業(yè)趨向用減重和使用燃油經(jīng)濟性更高的發(fā)動(dòng)機來(lái)實(shí)現顯著(zhù)降低車(chē)輛的燃油消耗率，以便達到法規的要求。這些技術(shù)進(jìn)步大大地降低了燃油的消耗和二氧化碳的排放。低能耗，環(huán)境友好，駕駛舒適性以及安全性成為眾多汽車(chē)生產(chǎn)商在制定他們的市場(chǎng)策略時(shí)，更加重視的賣(mài)點(diǎn)。為此，汽車(chē)供應商和材料生產(chǎn)商支持汽車(chē)廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)現代輕量化設計和解決潛在的各種技術(shù)和材料應用問(wèn)題，以滿(mǎn)足對未來(lái)汽車(chē)制造需求的挑戰?，F代輕量化設計需要新的粘合劑技術(shù)，以便連接新的材料和新的材料組合，不同材料的粘接在這里顯得尤為重要。對粘合劑技術(shù)的需求是新材料工藝發(fā)展的必然，他們之間的技術(shù)組合會(huì )充分體現出粘接技術(shù)的優(yōu)越性。
近年來(lái)，最重要的汽車(chē)輕量化結構設計趨勢是高強鋼和超高強鋼的使用。歐洲的緊湊型轎車(chē)的車(chē)身甚至采用了重量比50%到65%的高強鋼。無(wú)一例外地，如今轎車(chē)的所謂“安全客艙”周?chē)诮Y構上都大量采用了高強鋼。而激光拼焊的差厚板和軋制差厚板則作為更深層次的結構優(yōu)化元素。
利用現代結構膠技術(shù)實(shí)現高強鋼零件連接和裝配是非常高效和可靠的。這些粘合劑的高彈性模量提供了連接處的高靜態(tài)強度。而特種增韌技術(shù)能夠使粘合劑在承受各種載荷的情況下不發(fā)生破壞。相比于傳統的連接技術(shù)，粘接技術(shù)的耐疲勞度大大提升。相比于過(guò)去的結構膠，新一代的結構粘合劑顯示了更高的斷裂伸長(cháng)率，這就降低了接頭受腐蝕后粘接強度的損失，同時(shí)也降低了在高強鋼接頭在低溫下的動(dòng)態(tài)剝離強度的損失。
本文重點(diǎn)討論結構粘合劑粘接高強鋼的機械強度和抗疲勞程度的最新趨勢。
高強度和極端強度鋼鐵級別的粘合
今天，許多不同級別的鋼材被用于制造汽車(chē)，而高強鋼和超高強鋼的使用正在不斷地增長(cháng)。在車(chē)身設計采用更多些新的鋼材級別有多重理由，因為他們能夠通過(guò)降低鋼板的厚度和簡(jiǎn)化零部件設計來(lái)減重，比如各個(gè)立柱。另外，使用新的鋼材能夠提高車(chē)身剛度和減少轎車(chē)在碰撞時(shí)的客艙侵入量，比如說(shuō)側碰。這些高強鋼的表面通常有硅鋁涂層，涂層的一個(gè)缺點(diǎn)是在有載荷時(shí)易于分層。BETAMATETM抗沖性結構粘合劑(CDA;BETAMATETM是陶氏化學(xué)的結構粘合劑商標)能夠高效地粘接這些高強鋼，相對于傳統連接方法比如點(diǎn)焊可以顯著(zhù)提高耐疲勞度，這種抗沖性結構粘合劑必須經(jīng)過(guò)性能優(yōu)化而特別適合于高強鋼甚至超高強鋼的粘接。
新一代開(kāi)發(fā)出的抗沖性結構粘合劑不但符合以上描述的要求，并且為供應全球汽車(chē)制造業(yè)提供了更加穩定的配方設計。
高強鋼和超高強鋼的粘接
抗沖性結構粘合劑對于高強鋼的粘合以及它們的表面涂層都是非常好的，使得涂層在載荷作用下幾乎不分層。相比于老的粘合劑，新的配方顯示了一個(gè)更高的延展性，腐蝕測試后更少的強度衰減，而隨著(zhù)鋼材強度的提高，粘合劑的沖擊剝離性能并沒(méi)有降低。
表 1: 粘合劑的性能比較.
新配方CDA
老配方CDA
楊氏模量 [MPa], ca.
1500
1600
斷裂伸長(cháng)率 [%], ca.
20
13
照片1顯示一種帶AlSi硅鋁涂層的超強鋼USIBOR用三種不同配方的抗沖性結構粘合劑CDA粘接后的界面。左邊是低模量的CDA粘合劑;右邊則是兩種新配方的CDA粘合劑。當前的配方使涂層完全分離。
圖1比較了不同強度的鋼材在23°C 和-40°C下的沖擊剝離強度。隨著(zhù)鋼材強度的升高，沖擊剝離是不斷下降的，但是和老配方的CDA相比，低溫下的強度下降是非常有限的。從圖2可以看出這種提高的柔性，圖2顯示0°C以下普通鋼粘接的沖擊剝離強度，即使是在-40°C下數值讓然很高。
圖3顯示不同強度鋼材粘接在德標VDA腐蝕后的粘接強度，耐腐蝕性是非常優(yōu)越的，因為剪切強度的下降非常小而失效模式主要是膠層失效(見(jiàn)照片2)
高柔性環(huán)氧結構粘合劑用于多種材料的混合粘接
特殊粘合劑配方已經(jīng)發(fā)展成能夠很好地粘接不同材質(zhì)的底材比如鋁、鍍鋅鋼板和碳纖維的復合材料。在車(chē)身車(chē)間粘接多種材料的挑戰在于，不同的底材材料有著(zhù)不同熱膨脹系數，它影響著(zhù)粘接點(diǎn)的應力集中度。普通的結構膠可能失效的原因在于，這些集中的熱應力影響了接頭的完整性而容易發(fā)生界面失效。
為此，經(jīng)過(guò)特別增韌處理的結構膠已經(jīng)研發(fā)出來(lái)，它能夠承受極其高的應力載荷，能夠讓車(chē)身的結構接頭在經(jīng)過(guò)電泳烘爐的高溫后冷卻時(shí)的熱變形過(guò)程中仍然保持較高的殘余強度。這種新的粘合劑技術(shù)在降低了彈性模量的同時(shí)卻仍然具有較高的玻璃化轉變溫度。而它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強度都很高，顯示了出眾的抗疲勞性和動(dòng)態(tài)負載下的抗沖擊性。而且靜態(tài)強度在溫度升高的時(shí)候仍然較高，它保證了粘接接頭即使在電泳的烘爐中也能保證一定的穩定性。照片3a和3b顯示了在粘接CFRP和鋁板時(shí)的膠層失效模式。
照片3：a)粘接底材為Dow VORAFORCETM5300樹(shù)脂碳纖維板的失效模式，b)粘接底材為Dow VORAFORCETM5300樹(shù)脂碳纖維板和6016鋁板的失效模式
表2的數據總結了用新型CDA結構粘合劑在粘接不同底材時(shí)的剪切強度, 而這種新型CDA結構粘合劑是專(zhuān)為粘接異種材料而開(kāi)發(fā)的。
表3的數據顯示了不同CDA結構粘合劑的材料材料屬性。彈性模量相對較低，但是玻璃化轉變溫度任然較高，而機械粘接力在模量降低的同時(shí)然能達到較高的數值。而且受到腐蝕后機械粘接力衰減非常有限。彈性模量的調節范圍很到，可以從400MPa到1000MPa。
下面的照片是經(jīng)受了VDA循環(huán)腐蝕后底材樣條的失效模式，結果顯示了膠層失效，而且沒(méi)有被腐蝕的跡象。
照片5顯示了新型CDA結構粘合劑粘接接頭在130度下的膠層失效模式，右邊則比較給出了普通結構粘合劑的失效模式，而被粘接的底材是兩種厚度為1mm的鍍鋅鋼板HC420Z100和HC340ZE50/50
工藝更方便的溫度穩定配方粘合劑
此外，我們還開(kāi)發(fā)了溫度穩定性更高的結構粘合劑，結構粘合劑的存放溫度甚至高到60°C仍然顯示出良好的穩定性，這為產(chǎn)品提供更長(cháng)的保質(zhì)期以及在應用時(shí)卓越的加工能力。粘度隨時(shí)間的增長(cháng)曲線(xiàn)接近水平，保證了存儲穩定性可達12個(gè)月。圖5粘度隨存貯時(shí)間而變化的情況。
用于車(chē)身返工和維修桶的雙組分環(huán)氧粘合劑
雙組分環(huán)氧結構粘合劑被用于受損后的車(chē)身結構修復。被修復的車(chē)身結構需要達到受損前的性能狀態(tài)，為了達到這一目標，雙組分結構粘合劑仍然需要具有較高的彈性模量。通常，雙組分結構粘合劑的彈性模量在做韌化改性后會(huì )有所衰減。然而新配方雙組分結構粘合劑提供了與原先汽車(chē)車(chē)上上廣泛使用的單組份結構粘合劑幾乎相同的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)強度性能。圖5和圖6顯示了新配方雙組分結構粘合劑剝離強度的數據，對比過(guò)去老配方的用于汽車(chē)修復的結構粘合劑。特別地，在23°C和甚至-20°C測試溫度下的動(dòng)態(tài)剝離強度得到了顯著(zhù)的提升。
結論基于特殊增韌改性的環(huán)氧單組份結構粘合劑，已經(jīng)發(fā)展成有效地并且可靠地粘接各種高強鋼底材的有效零件連接手段。這種先進(jìn)的粘合劑不僅能夠很好地粘接帶鍍層的金屬，并且顯示出非常優(yōu)異的加工處理能力。另外，滿(mǎn)足車(chē)身修復的雙組份解決方案也在發(fā)展，保證了車(chē)身零件在修復后機械性能的完整性。這些用于售后維修的柔性雙組份環(huán)氧粘合劑，幾乎達到同汽車(chē)廠(chǎng)里用的單組份結構粘合劑同樣的機械性能。(來(lái)源：
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