軌道客車彈性粘接技術及工藝研究

趙 輝，侯敏俏，孫玉英，李 唯，謝靜思，潘 樂

（中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035）

軌道客車彈性粘接技術及工藝研究

趙 輝，侯敏俏，孫玉英，李 唯，謝靜思，潘 樂

（中車唐山機車車輛有限公司，河北 唐山 063035）

隨著對軌道客車車身舒適性、輕量化的要求越來越高，軌道客車中彈性粘接技術逐漸替代傳統(tǒng)的鉚接、焊接工藝。彈性粘接技術具有應力分布均勻、隔音和減震等優(yōu)點。綜述了彈性粘接技術的特征及在軌道客車制造中的應用，并以單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑粘接為例，詳細研究了彈性粘接工藝，包括粘接環(huán)境、表面處理、施膠和粘接后處理等。

軌道客車；彈性粘接；聚氨酯膠粘劑

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活水平的提高，對軌道客車車身的舒適性、輕量化的要求越來越高。軌道客車車身制造中以往采用鉚接、焊接等傳統(tǒng)工藝，因焊接容易產(chǎn)生應力集中和焊接變形，且本身工藝復雜，在某些特殊的領域已被粘接工藝逐漸取代。

彈性粘接技術是采用彈性粘接膠粘劑作為媒介、將材料連接在一起的方法。彈性粘接膠粘劑是指固化后形成彈性體材料，具有橡膠彈性和一定粘接強度的膠粘劑，一般包括聚氨酯、有機硅、橡膠型、熱熔膠和硅烷改性聚醚等膠粘劑[1]。

彈性粘接工藝具有以下優(yōu)點：①應力分布均勻，粘接應力分布在整個黏合面上，避免了應力集中，耐疲勞強度提高；②隔音降噪，減震；③滿足輕量化的要求；④連接不同金屬，防止發(fā)生電化學腐蝕。

但也存在缺點：①熱穩(wěn)定性有限，一般膠粘劑使用溫度上限為177 ℃；②需要復雜的表面處理；③固化時要求保證環(huán)境溫濕度和粘接件溫度；④需要很長的固化時間；⑤易對氣候和化學影響敏感[2]。

1 軌道客車的彈性粘接工藝

軌道客車彈性粘接按其用途主要分為粘接與密封2種。高速動車組一般設計時速為350 km/h以上，因此，對結構件要求的粘接強度較大，且固化后能夠承受較高載荷，為此要采用結構膠粘接。如前后風擋玻璃、側窗玻璃等，宜采用結構膠粘劑，例如：Sika 265、Sika 254、Dow 7120等。非結構件是受力較小的部件，一般采用密封方式，如門窗、地板和內裝系統(tǒng)等各種裝飾材料的密封，可采用粘接強度較低的非結構膠粘劑，例如：Sika 221、Dow 1011等。

目前，軌道客車彈性粘接一般采用單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑，該類型膠粘劑具有較高的剪切強度、合適的彈性模量、低揮發(fā)性氣味及無腐蝕等特點。

1.1 粘接環(huán)境

單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑粘接的相對最佳溫濕度條件是：溫度23 ℃，相對空氣濕度50%。溫度太低會導致固化速率降低，太高使固化反應加快，操作時間縮短，不利于施工；同樣，濕度太低會導致固化速率降低，太高會加速固化，因該膠為從外向內固化，外層固化太快，會在外層形成致密的“硬殼”，阻止?jié)駳膺M一步進入膠條內部，導致內層固化太慢或永不固化。因此，實際施工時一般要求溫度為15～30 ℃；相對空氣濕度為30%～70%。單組分聚氨酯膠粘劑固化過程隨時間變化的曲線如圖1所示。由圖1可知：隨著時間的推移，單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑的固化速率不斷減慢。

圖1 單組分聚氨酯濕氣固化的固化過程Fig.1 Curing process of one-component moisture curable polyurethane

1.2 粘接前的表面處理

1.2.1 打磨

打磨前須提前進行清潔處理，否則會造成循環(huán)污染，導致殘留物（油脂等）“進入”表面難于去除。選取60#～80#砂紙“十字交叉”方式打磨，即一遍打磨完畢后，第2遍打磨方向與第1遍垂直。打磨的作用是去除表面多余層，增加表面粗糙度，增大粘接面積。

1.2.2 清潔

一般采用無紡布蘸取清潔劑進行清潔操作。

清潔劑的選擇標準為：①能夠清除基材表面所有可溶解的污染物（極性清洗劑溶解極性污染物，非極性清洗劑對表面非極性污染物有較好的處理效果）；②不會導致基材溶脹、溶解或降解；③揮發(fā)無殘留，滿足安全及環(huán)保法規(guī)，價格合理等。

清潔的操作方法：用無紡布蘸取清潔劑沿一個方向擦拭粘接表面，直到無紡布擦拭面干凈，晾置至溶劑完全揮發(fā)。防止在粘接表面上反復擦拭，造成二次污染。擦拭操作方法如圖2所示。

圖2 清潔操作方法示意圖Fig.2 Schematic of cleaning operation

1.2.3 活化

活化的作用是提高粘接表面的表面能，促進粘接。操作方法與清潔的操作方法相同。

1.2.4 底涂

使用前將底涂劑搖勻，用毛刷蘸取底涂劑并在基材表面涂抹一薄層，晾置30 min至2 h，保證完全干燥。

搖勻的目的是將底涂劑中的溶劑與黏附促進劑等（異氰酸酯預聚體）混合均勻。

刷涂均勻薄層的目的是因為底涂劑本身內聚力較小，涂層太厚容易撕開造成粘接失敗。底涂劑是通過化學鍵和物理相互作用共同起作用以增加粘接的附著力。

1.3 施膠

施膠量是根據(jù)涂膠的工藝要求和接頭形式的不同而定。將膠嘴切成三角形，切口底邊越大，出膠量越多。在粘接表面涂膠時，膠嘴應盡量與粘接表面垂直，膠嘴切口背向膠柱行走方向，膠條截面為三角形，其頂端高出粘接面2～3 mm[3]。涂膠形式為三角形，涂膠高度為粘接厚度的2倍，三角形形狀是為了防止粘接后膠體內部有氣泡產(chǎn)生。

1.4 粘接后處理

由于聚氨酯膠粘劑初始強度較低，粘接件需要固定。在溫度為23 ℃、相對空氣濕度為50%的環(huán)境中，單組分濕氣固化聚氨酯膠固化速率為2～3 mm/24 h，12 h內不應承受震動及較大的沖擊力。

對于多余或污染的殘膠，如未固化，可以用酒精、異丙醇等有機溶劑擦除，如已經(jīng)固化，則只能用機械方法去除。對于有外觀要求的表面，可以用手蘸取平滑劑，撫平膠面，達到平滑美觀。

2 粘接后效果

按照上述軌道客車彈性粘接工藝要求，分別用玻璃樣塊、帶底漆面漆的A4鋁合金樣板，參考DVS1618—2002軌道機車車輛中的彈性厚膜粘接標準做膠條切割測試。

2.1 膠條切割試驗

1）按表2要求對樣板進行表面處理，清潔劑晾置10 min，活化劑晾置10 min，底涂劑晾置30 min。

2）在清潔區(qū)域打膠，膠條寬度約為1～1.5 cm。

3）在室溫下固化7 d。

4）固化結束后，按照DVS 1618—2002中附件3提供的方法進行檢測。

表2 表面處理方式Tab.2 Surface treatment manner

上述試驗在23 ℃，RH50%環(huán)境條件下進行。

2.4 檢測結果

膠條切割試驗能夠定性反映膠粘劑與底材的粘接強度，并且能夠驗證不同基材的工藝施工性。根據(jù)表3中的評估標準對試驗結果進行粘接等級評定，結果如表4所示。

表3 膠條切割的試驗評估Tab.3 Evaluation criteria of strip cutting test

表4 膠條切割的試驗結果Tab.4 Results of strip cutting test

3 總結

（1）彈性粘接必須在溫度為15～30℃、相對空氣濕度為30%～70%的環(huán)境下進行，以便于施工及保證粘接質量。

（2）單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑從膠層外部向內部固化，且固化速率隨著時間的推移逐漸減慢。

（3）表面處理是形成較佳粘接的先決條件，必須嚴格按照表面處理操作的技術要求執(zhí)行。

（4）玻璃樣板表面處理方式為打磨+活化、打磨+清潔+活化+底涂，膠條剝離等級為1級；底漆樣板表面處理方式為打磨+清潔+活化+底涂，膠條剝離等級為1級；面漆涂層鋁合金樣板表面處理方式為打磨+活化、打磨+清潔+活化+底涂，膠條剝離等級為1級。

（5）通過分析單組分濕氣固化聚氨酯膠粘劑施工工藝，剖析了彈性粘接施工工藝技術要求，為今后其他部件的彈性粘接施工提供了依據(jù)。

[1]李盛彪,黃世強,王石泉.膠黏劑選用與粘接技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2002,56.

[2]白紅權.膠粘劑在客車制造中的應用[J].客車技術與研究,2006,28(4):49-51.

[3]汪維波.單組分聚氨酯膠粘劑在客車上的應用[J].粘接,2006,27(1):51.

Study of elastic bonding technique and process for railway vehicle

ZHAO Hui, HOU Min-qiao, LI Wei, SUN Yu-ying, XIE Jing-si, Pan Le
(Manufacture Center, CRRC Tangshan Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063035, China)

With the more and more requirements of comfort and lightweight of railway vehicle body, the elastic bonding technique gradually replaces the traditional welding and riveting. It owns several advantages including uniform stress distribution, noise insulation, vibration damping etc. This paper introduced the characteristics of elastic bonding technique, the use of elastic bonding technique in railway vehicle manufacturing, the curing mechanism and the important technical parameters of adhesives, and by taking one component moisture curing polyurethanes as the example, studied the elastic bonding technique in detail, including construction environment, surface treatment, bonding, bonding posttreatment.

railway vehicle; elastic bonding; polyurethanes

TG494

B

1001-5922（2017）06-0062-03

2017-01-06

趙輝（1984-），男，工程師，研究方向：軌道客車粘接工藝研究。E-mail：Zhaohui2@tangche.com。