軌道客車(chē)車(chē)頂復(fù)合材料板粘接工藝質(zhì)量提升研究

王成，周保菊，張津源

摘 要：介紹了軌道客車(chē)車(chē)頂復(fù)合材料板粘接工藝的方法，采用改性硅烷膠粘劑對(duì)輕質(zhì)復(fù)合頂板進(jìn)行粘接。通過(guò)研究車(chē)頂復(fù)合材料板粘接過(guò)程中影響粘接工藝的要素，制定粘接工藝方案，分析車(chē)體重要部件的施工工藝要素;明確人員資質(zhì)要求、對(duì)場(chǎng)地環(huán)境要求進(jìn)行細(xì)化、增加質(zhì)量檢測(cè)手段、規(guī)范化工品存儲(chǔ)等要求，通過(guò)以上手段提高了粘接施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：軌道客車(chē);復(fù)合材料板;粘接;工藝;質(zhì)量提升

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ050.4+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）11-0009-03

Research on the Quality Improvement of the Bonding Process for the Roof Composite Plate of Rail Passenger Cars

Wang Cheng， Zhou Baoju， Zhang Jinyuan

（CRRC Changchun Railway Vehicles Co.， Ltd.， Changchun 130062， China）

Abstract：The method of bonding technology of rail bus is introduced， and the lightweight composite tops were bonded with a modified silane adhesive. By studying the elements of roof composite plate affecting the bonding process， formulate the bonding process scheme， analyzing the construction process elements of important parts of the car body; clarifying the personnel qualification requirements， refining the site environment requirements， increase quality testing requirements， and standardize chemical storage to improve the bonding construction quality through the above means.

Key words：rail bus; composite material board; bonding; technology; quality improvement

0 前言

隨著城市軌道客車(chē)作為環(huán)保型交通工具的廣泛應(yīng)用，膠粘劑和粘接技術(shù)隨著車(chē)輛制造技術(shù)的提升而快速發(fā)展[1-3]。采用復(fù)合材料制造軌道客車(chē)的車(chē)頂板，充分發(fā)揮復(fù)合材料自身優(yōu)異的防火性和自重輕的特點(diǎn)，通過(guò)降低車(chē)輛整體質(zhì)量，有效降低車(chē)輛運(yùn)營(yíng)時(shí)的耗能。根據(jù)車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料的特性，采用粘接作為車(chē)頂復(fù)合材料板和鋼結(jié)構(gòu)的連接方式。采用正確的粘接工藝，采取行之有效的預(yù)防及糾錯(cuò)提升粘接施工質(zhì)量，在保證車(chē)輛設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)性能、使用安全和壽命方面具有重要意義。

1 粘接的基本原理

粘接技術(shù)是化學(xué)連接技術(shù)。它是膠粘劑涂覆在被粘接物的表面后，經(jīng)膠粘劑的擴(kuò)散、流變、滲透、疊合后，膠粘劑和被粘物表面相互吸引，產(chǎn)生機(jī)械嵌合力、范德華力或形成氫鍵、共價(jià)鍵、離子鍵、配位鍵等，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的固化后，完成被粘物的固定[4-5]。

2 粘接工藝優(yōu)化

2.1 施工準(zhǔn)備

2.1.1 粘接工藝驗(yàn)證

通過(guò)制定工藝評(píng)定方案，驗(yàn)證在現(xiàn)有粘接場(chǎng)地完成車(chē)頂復(fù)合材料板的粘接過(guò)程是否滿(mǎn)足環(huán)境要求。

選用粘接膠，模擬施工過(guò)程，在基材樣板上完成粘接過(guò)程;固化完成后，模擬極限條件的環(huán)境，進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)證。

試驗(yàn)條件：在溫度23℃、濕度50%的條件下，固化7 d;在溫度20℃條件下水浴浸泡7 d;在溫度80℃條件下放置24 h;在溫度70℃、95%濕度條件下中放置7 d;在溫度23℃、濕度 50%條件下放置24 h。

標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：DVS 1618。

試驗(yàn)設(shè)備：ETH-225-45-CP-SD（可程式環(huán)境試驗(yàn)箱），工藝參數(shù)如表1、表2所示。

通過(guò)采用粘接工藝開(kāi)工前驗(yàn)證的方案，可以有效的驗(yàn)證施工過(guò)程各個(gè)工藝參數(shù)是否具備實(shí)際的施工性能，同時(shí)可以清晰地驗(yàn)證膠粘劑的產(chǎn)品性能能否滿(mǎn)足工藝施工要求。粘接工藝的驗(yàn)證，是提升產(chǎn)品粘接質(zhì)量的重要手段之一，使每個(gè)施工步驟都在可控范圍內(nèi)完成，確保了產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)。

2.1.2 場(chǎng)地管控提升

粘接場(chǎng)地要求控制場(chǎng)地的濕度和溫度。

通過(guò)增加加濕、除濕設(shè)備，保證粘接場(chǎng)地溫，濕度相對(duì)恒定，溫度為（23±2） ℃，濕度為（50±5）%。

控制方法：中央空調(diào)控溫和除濕;加濕設(shè)備控溫。

場(chǎng)地：具有獨(dú)立封閉的打磨區(qū)域。具備除塵通風(fēng)設(shè)備（除塵濾芯可過(guò)濾PM 10以上的粉塵顆粒物）。

通過(guò)以上的措施，消除了不利的環(huán)境因素對(duì)粘接過(guò)程的影響。

2.1.3 粘接料件準(zhǔn)備措施細(xì)化

（1）要求供應(yīng)商來(lái)料的車(chē)頂復(fù)合材料板應(yīng)在粘接面貼附不轉(zhuǎn)移隔離紙。

（2）車(chē)體不銹鋼表面應(yīng)完成除銹處理。

（3）原材膠粘劑、車(chē)頂復(fù)合材料板和車(chē)體不銹鋼表面應(yīng)提前24 h進(jìn)入粘接場(chǎng)地。粘接前應(yīng)保證膠粘劑及兩個(gè)基材表面溫度相同，溫度差在±1℃以?xún)?nèi)。

以上的處理措施，可提升產(chǎn)品的表面狀態(tài)，對(duì)粘接的質(zhì)量提升有顯著的推動(dòng)作用。

2.2 粘接表面處理過(guò)程升級(jí)

2.2.1 處理車(chē)體不銹鋼基材表面

用干凈的擦拭紙（無(wú)游離的硅原子），沾異丙醇溶劑沿一個(gè)方向擦拭基材表面，每次擦拭應(yīng)更換擦拭紙，清潔需要保證擦除表面的油脂和灰塵等雜質(zhì)。對(duì)車(chē)體表面殘留的銹跡和焊黑痕跡使用百潔布或180#砂紙打磨處理干凈。打磨后使用擦拭紙沾異丙醇溶劑、膠粘劑配套活化劑分別擦拭基材表面。

不銹鋼表面的浮銹及焊黑痕跡是不能用簡(jiǎn)單的清潔手段處理的，需要采用打磨的方法清除。一般通過(guò)增加打磨的施工要求，提升表面的潔凈度，提高粘接質(zhì)量。

2.2.2 處理復(fù)合材料板基材表面

用干凈的擦拭紙（無(wú)游離的硅原子），沾膠粘劑配套清潔劑和底涂劑分別沿一個(gè)方向擦拭基材表面，每次擦拭應(yīng)更換擦拭紙。

采用車(chē)頂復(fù)合材料板專(zhuān)用底涂劑，提升基材表面潤(rùn)濕性，增加粘接強(qiáng)度。

2.3 施膠工藝的準(zhǔn)確性提升

施膠位置車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)車(chē)頂骨架表面，施膠寬度10 mm，施膠高度12 mm，施膠形狀為等腰三角形（通過(guò)裁剪膠嘴控制出膠形狀），施膠速度600 mm/min。

采用膠嘴施膠量校準(zhǔn)器對(duì)施膠量進(jìn)行管控，提升施膠工藝的準(zhǔn)確性。

2.4 細(xì)分安裝時(shí)間

2.4.1 吊運(yùn)車(chē)體復(fù)合頂板

采用特制吊運(yùn)工裝，將車(chē)體復(fù)合頂板吊起，預(yù)放置車(chē)頂鋼骨架上方。

2.4.2 安裝車(chē)頂復(fù)合材料板

將車(chē)頂復(fù)合材料板沿90°垂直方向向下放置在車(chē)頂鋼骨架上，使其慢慢與車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)骨架表面上的膠粘劑接觸，確保尺寸正確后，用橡膠錘沿施膠區(qū)域有順序的敲擊車(chē)頂復(fù)合材料板表面。

2.4.3 安裝時(shí)間

安裝車(chē)頂復(fù)合材料板的時(shí)間從施膠開(kāi)始計(jì)時(shí)，需要在13 min以?xún)?nèi)完成安裝。

將每一工藝部分的操作流程規(guī)范化、節(jié)拍化，精準(zhǔn)細(xì)分每一工部的操作時(shí)間，保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成安裝操作，提升操作時(shí)間準(zhǔn)確性。

2.4.4 固定車(chē)頂復(fù)合材料板

用15 kg壓塊在車(chē)頂復(fù)合材料板表面按照?qǐng)D紙施膠的膠線(xiàn)位置進(jìn)行配重施壓，施壓時(shí)間在48 h以上。車(chē)頂復(fù)合材料板固化48 h后，可以移除用于固定的保護(hù)膠帶、工裝和卡具等。

通過(guò)以上對(duì)施工操作的分步處理，操作時(shí)間的細(xì)分，規(guī)范了操作動(dòng)作，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

3 粘接操作時(shí)間的優(yōu)選

3.1 優(yōu)選方法

使用氣動(dòng)膠槍在樣板上打出長(zhǎng)約5 cm，寬約1 cm的膠樣。用平直刮板將膠樣上表面刮平，然后啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。3 min后，用干凈的手接觸膠樣上表面，判斷是否有粘稠感。若無(wú)，則記錄時(shí)間;若有，則等待60 s，再次判斷是否有粘稠感，一直重復(fù)至無(wú)粘稠感為止，記錄時(shí)間。

3.2 測(cè)試操作時(shí)間

粘接場(chǎng)地，在溫度為（25±2）℃、濕度為（50±5） %時(shí)，進(jìn)行粘接操作時(shí)間的測(cè)試。測(cè)試分為3組。測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出經(jīng)測(cè)試，確定12 min作為粘接操作時(shí)間。

4 人員資質(zhì)質(zhì)量管控

4.1 人員資質(zhì)

根據(jù)DIN 6701質(zhì)量管理安全等級(jí)分類(lèi)，復(fù)合頂板粘接屬于A1等級(jí)。根據(jù)DIN 6701質(zhì)量管理體系要求，規(guī)定A1、A2等級(jí)的粘接部件，操作者需要由具備EAB等級(jí)的粘接工人進(jìn)行施工，同時(shí)配備具備EAS等級(jí)的粘接技師在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工過(guò)程質(zhì)量控制。

4.2 人員培訓(xùn)

對(duì)施工人員進(jìn)行產(chǎn)前培訓(xùn)，培訓(xùn)后進(jìn)行實(shí)作考試。采用工藝評(píng)定的方式，制作考試樣件，進(jìn)行技能評(píng)判。

5 場(chǎng)地環(huán)境監(jiān)控

5.1 場(chǎng)地布局

復(fù)合頂板粘接需要在封閉的場(chǎng)地進(jìn)行粘接作業(yè)，保證恒定的溫度和濕度。傳統(tǒng)的粘接作業(yè)區(qū)域未采用封閉管理，造成工序交叉，影響粘接質(zhì)量。通過(guò)改造場(chǎng)地布局，隔離非粘接作業(yè)，配備加濕和除濕設(shè)備，增加空調(diào)等溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，保證作業(yè)區(qū)域環(huán)境的穩(wěn)定性。

5.2 建立監(jiān)控制度

對(duì)于場(chǎng)地環(huán)境，制定監(jiān)控流程，每個(gè)開(kāi)工及收工時(shí)段做好記錄。在粘接過(guò)程和固化過(guò)程做好監(jiān)控，確保粘接工序全過(guò)程環(huán)境處在管控過(guò)程中，杜絕固化過(guò)程的環(huán)境管控缺失問(wèn)題。

6 材料管控

6.1 規(guī)范存儲(chǔ)要求

為規(guī)范膠粘劑、化工品倉(cāng)儲(chǔ)物料管理，確保庫(kù)存物料符合儲(chǔ)存要求，與溫度/空氣濕度有關(guān)的膠粘劑存儲(chǔ)必須根據(jù)制造商的說(shuō)明進(jìn)行（先進(jìn)先出）。必須注意保質(zhì)期，如果超過(guò)保質(zhì)期，則只能征得膠粘劑制造商的同意重新批準(zhǔn)一個(gè)保質(zhì)期。在使用膠粘劑前必須確保遵守膠接技術(shù)工作說(shuō)明中規(guī)定的諸如溫度和空氣濕度一類(lèi)的工藝條件。在公司內(nèi)部運(yùn)輸時(shí)，特別是在涉及屬于危險(xiǎn)物品條例管轄的膠粘劑時(shí)，必須制作和遵守相應(yīng)的使用說(shuō)明。粘接劑和在制品的防護(hù)重點(diǎn)是避免潮濕、過(guò)熱、過(guò)期、暴光、磕碰損壞等。進(jìn)口膠粘劑需預(yù)留三分之一保質(zhì)期，國(guó)產(chǎn)膠粘劑需預(yù)留三分之二保質(zhì)期。過(guò)期膠粘劑的處置：原則上報(bào)廢處理，對(duì)于不做報(bào)廢處理的過(guò)期膠粘劑需供應(yīng)商提供膠粘劑的復(fù)檢報(bào)告，經(jīng)粘接監(jiān)督確認(rèn)之后方可使用。

6.2 材料貯存環(huán)境管控

膠粘劑作為特殊化工品，貯存過(guò)程應(yīng)特殊注意，應(yīng)與含硅化工品隔離存放。避免膠粘劑表面硅污染后，粘接強(qiáng)度下降問(wèn)題。

6.3 材料性能驗(yàn)證

膠粘劑制造過(guò)程受外部環(huán)境影響，每個(gè)批次性能各不相同，為提升產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，需要對(duì)于每批次的產(chǎn)品進(jìn)行伴隨試驗(yàn)的檢測(cè)。

6.4 輔料管控

粘接輔助材料的管控，通常被忽略;但是輔助材料的管理失控，往往會(huì)引起粘接部件的粘接失效。選取輔助材料時(shí)，必須要求材料本身不含有游離的硅，必須要求材料本身不發(fā)生物質(zhì)殘留，必須要求材料本身不與基材及化工產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)。

7 粘接質(zhì)量檢測(cè)

粘接過(guò)程屬于特殊過(guò)程，對(duì)于最終產(chǎn)品質(zhì)量校驗(yàn)需要進(jìn)行破壞式的實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造無(wú)法對(duì)特殊過(guò)程進(jìn)行有意義的檢測(cè)。通過(guò)引入伴隨試驗(yàn)，在部件粘接時(shí)，在同等條件下，采用同種工藝方案，制備小型粘接樣件，進(jìn)行后續(xù)粘接強(qiáng)度等性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果同等時(shí)效反應(yīng)產(chǎn)品的粘接性能，保障產(chǎn)品的粘接測(cè)試的可達(dá)性。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)軌道客車(chē)頂復(fù)合材料板粘接工藝方法的研究，掌握了復(fù)合材料作為車(chē)體頂板的組裝方法。對(duì)于粘接產(chǎn)品質(zhì)量的管控，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)等方面進(jìn)行逐項(xiàng)的剖析，抓住質(zhì)量控制要點(diǎn)，對(duì)癥下藥，采用合理的質(zhì)量管控手段，提升粘接質(zhì)量，保證產(chǎn)品安全，為在城市軌道交通運(yùn)輸工具上通過(guò)粘接方式組裝輕質(zhì)的復(fù)合材料提供了有效的方式及保障措施。

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