近年來在車輛制造行業，材料化學、應用和工藝技術等領域專用的粘合劑技術日益精進，不僅拓寬了粘合劑在上述領域的應用范圍，同時增強了這些領域對粘合劑技術的依賴性，將其用于各種不同的材料。如今，粘合劑被廣泛用于改善和保持車身剛度，讓汽車更加持久耐用，以及增加汽車的安全性能。

此外，汽車行業在近幾年內成功打造了配備低油耗發動機的輕型汽車，大大降低了汽車能耗，以滿足新的法律要求。除了使用新材料及/或混合使用更多種不同類型的材料外，現代輕型汽車設計同時需要來自創新粘合劑技術的支持。

粘合劑是一種連接技術，同時也是將多種不同類型材料制成的結構零件高效、持久地連為一體的佳方式。本文將集中討論現有的粘合劑解決方案，并對粘合劑的未來發展方向給予展望。文章還將涉及專門研發的單組分和雙組分環氧或聚氨酯（PU）技術及其性能特點，并就此展開進一步的詳細討論。

結構粘合劑的歷史與現狀

高耐沖擊性粘合劑的需求由來以久，然而，新一代粘合劑直到上世紀九十年代末才首次問世；這款粘合劑商品名為BETAMATE™結構粘合劑，由陶氏汽車系統業務部發明。作為一款耐沖擊性粘合劑（CDA），它為粘合劑市場帶來了前所未有的卓越性能，大大推進了汽車粘合工程領域的前進與發展。

 此后，汽車粘合劑技術迅速發展。近十年來，單組分環氧結構粘合劑在車身外殼的粘合中得到了廣泛的使用，對傳統的連接方式形成補充。例如，圖1在很大程度上，反映了汽車車身結構粘合劑的發展歷程。

當代應用實例：

粘合劑技術為整車生產商們帶來了顯而易見的性能優勢，與傳統連接技術相比，生產商更喜歡使用CDA來粘合高強度鋼材，因為此類粘合劑有助于改善粘結部位的耐久性。相關實例可以證明，增韌型單組分環氧CDA不僅能提供卓越的防撞性能，還有助于減少車身焊接部位的數量。

近年來，隨著車身零部件粘合的日益流行，包括復合材料粘合、裝配粘合，以及彈性粘合等在內的其他汽車零件粘合應用領域也得到了一定的發展。縱觀整個汽車粘合劑行業，我們可以總結出：玻璃粘合劑是這一領域的先驅，車身CDA是當前的主流，裝配零件粘合劑則是未來的發展方向。

當今主流粘合技術與增韌型CDA的技術關鍵

1.    應力集中度降低

圖3所示的是一個典型的粘合結構，使用增韌型結構粘合劑的原因在于，此類粘合劑能顯著降低應力集中度（如圖4所示），對性能產生積極的影響。增韌型架構粘合劑能大大提升粘合部位的耐疲勞性，并能使其承受更重的負荷。粘合強度與耐久性的顯著提升，為整車生產商們開啟了減少鋼材厚度的寶貴機會。

2.    耐疲勞性的改善

此外，粘合劑的耐疲勞強度與金屬的屈服點之間并無關聯。如圖5所示，使用BETAMATE™ CDA粘合劑后，耐疲勞強度因子在原有基礎上增加了3，并沒有體現出任何明顯的對不同類型金屬表面粘結的依賴性。這一特性意味著，整車生產商在設計同時采用多種不同金屬打造而成的各類車型時，只需使用一個或兩個牌號的粘合劑即可。

3.    環境耐蝕性與長期耐久性的改善

BETAMATE™粘合劑的另一項關鍵技術，就是為粘結部位提供持久的耐腐蝕性能。陶氏汽車系統業務部對此進行了一項特別的試驗。2008年，陶氏拆開了一輛寶馬745i汽車。這輛車的出廠年份為2002年，總行駛里程為107,000英里（172,000公里）。此項研究的目的，是為了確定當這輛車在氣候潮濕且容易導致車身腐蝕的路易斯安那州經歷了5年的風吹日曬，并行駛了107,603英里后，車身所用的BETAMATE™ 1496V耐沖擊型粘合劑出現了怎樣程度的降解。如圖6和圖7所示，研究人員在車身上切下了金屬樣品，并對強度下降和失效模式進行了分析。

研究結果顯示，抗剪強度并沒有出現明顯的下降。由車身門檻縱梁下部制成的初粘合樣本與經過上述行駛里程的粘合樣本相比，兩者的厚板拉剪強度并不存在統計學上的明顯差異。失效模式從內聚失效向靠近內聚失效的表面失效的方向略有靠近。BETAMATE™ 1496V粘合劑材料經過5年， 并在汽車行駛107,000英里后，抗剪強度幾乎沒有出現任何下降。

此項研究證明BETAMATE™耐沖擊性粘合劑具有卓越的耐久性能，并且這一重要的特性能在汽車的整個生命周期內得以持續。

結構粘合劑的未來發展

1.      用于粘合輕型及復合材料的BETAMATE™ Flex單組分柔性粘合劑

為減少汽車結構的重量，越來越多的輕型材料，如鋁等，在車身制造中得到了日益廣泛的應用。這一趨勢向粘合劑行業提出了一項挑戰，因為低強度金屬容易在粘合劑熱固化的過程中產生變形。目前，有關粘合劑固化導致金屬變形的技術信息十分罕見，但在一些汽車廠內，制造商會在實際使用前進行相關的粘合劑試驗，盡可能減少由此導致的金屬變形。此類試驗的初步結果顯示，在將低強度金屬材料粘合到一起（如鋁和鋁進行粘合）的過程中，由于需要先將零件加熱至高溫，再將其冷卻至室溫，界面條件會因粘合劑固化而發生改變，零件的熱性能也會隨著溫度的變化不斷改變（不同的線性熱膨脹系數），進而導致金屬在冷卻過程中出現變形。

BETAMATE™ Flex具有獨特的屬性和卓越的機械性能，能幫助汽車制造商輕松應對三大應用難題：首先就是將多種不同材料粘合到一起的設計（材料的線性熱膨脹系數各不相同）；其次是門蓋等折邊部位的粘合，以防零件因撓曲模量而產生變形；后就是剛/鋁和碳碳復合材料（CFC）之間的相互粘合（圖12）。

2.      用于粘合復合材料的BETAFORCE™ 雙組分聚氨酯粘合劑

近期研發的新技術在更高的溫度下亦能保持高模量，帶來牢固的粘合強度。更重要的是，與早期的聚氨酯技術有所不同，新技術的剪切模量G與溫度之間的相關性很小。如圖14所示，模量隨溫度變化而降低的趨勢顯著減弱，這一特性有助于確保粘合劑材料在使用溫度的變化范圍內保持相對穩定的特性。

剪切模量與溫度之間的相互關系

這一新型雙組分聚氨酯粘合劑的粘合強度遠高于傳統的玻璃粘合聚氨酯粘合劑，例如，這款粘合劑的拉剪強度約為6-8Mpa。這款粘合劑通過能與之反應的B組分得以固化，無須對粘合材料進行加熱，并能通過熱感應等方式進行預固化。

整體而言，新型BETAFORCE™雙組分聚氨酯具有一系列十分獨特的材料特性，是用于粘合新型汽車設計中所采用的復合材料及其它異質材料的理想之選。該產品能顯著改善復合材料與高新塑料材料的粘合，進而有助于簡化汽車的組裝流程，完全去除或在大程度上減少粘合前的預處理工序。在總裝車間內，該產品能幫助制造商顯著優化包括車頂組件、提升式門、后備箱、車門、天窗以及復合面板等在內的汽車部件。

總結

多項研究顯示，在各個行業及應用領域中，粘合工藝所采用的連接技術的重要性日益凸顯，對汽車制造業而言更是如此。結構粘合劑是一種高性能的連接技術，對汽車制造行業的價值創造鏈具有積極而顯著的影響。

無論是環氧技術、橡膠技術，還是聚氨酯技術，其粘合性能均在現有技術的基礎上有所改善，帶來更為理想的剛度和碰撞能量分配特型，并有助于改善結構的固有振動頻率。這一技術的主要發展方向包括：進一步改善耐久性（不因溫度而改變），以及進一步簡化工藝和改善生產效率。汽車粘合劑行業的綜合發展趨勢為：通過進一步增加粘合劑在汽車結構中的使用，實現更多種輕型材料的有效粘合，而亞太各地的整車生產商在發掘高性能粘合劑的巨大潛力的道路上才剛剛起步。