軌道車輛貫通道地板革密封用膠性能研究

吳啟勇，蔡洋濤，李清泉，陳鋆，張鴻飛，張玲玉，吳夢(mèng)杰，郭旗龍，王水鋒，朱敏銘，張彧賢，張敬芬，巢高益

摘要：軌道車輛貫通道是車廂之間的軟連接部位，在列車運(yùn)行時(shí)需要承擔(dān)較大的變形，尤其是列車過彎道時(shí)會(huì)有較大的擺幅和振動(dòng)，容易造成地板革與金屬腳踏板間密封膠層開裂、脫膠等不良或失效的問題，所以貫通道部位的密封用膠在性能上需要滿足特定的使用要求。實(shí)驗(yàn)通過系統(tǒng)對(duì)比三款貫通道密封膠的本體性能與基材的粘附性能，同時(shí)結(jié)合特定的老化條件等來進(jìn)行綜合分析差異與評(píng)價(jià)，總結(jié)出優(yōu)選的用膠方案。

關(guān)鍵詞：貫通道；密封膠；本體性能；粘附性

中圖分類號(hào)：TQ436+.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）12-0054-04

Study on the performance of adhesive used for sealing?the floor leather of rail vehicle gangway

WU Qiyong1，CAI Yangtao1，LI Qingquan1，CHEN Jun1，ZHANG Hongfei1，ZHANG Lingyu1，WU Mengjie1，GUO Qilong1，WANG? ? Shuifeng1，ZHU Minming1，ZHANG Yuxian2，ZHANG Jingfen2，CHAO Gaoyi2

（1.CRRC Hangzhou Co.，Ltd.，Hangzhou 311223，China；2.Yifa new Materials Institute （Jiangsu） Co.，Ltd.，Changzhou 213011，Jiangsu China）

Abstract：The gangway of rail vehicles is a soft connection part between carriages，which needs to bear significant deformation during train operation，especially when the train passes through a bend，there will be significant swing and vibration，which can easily cause to cause the cracking and degumming of the sealing adhesive layer between the floor leather and the metal foot pedal.Therefore，the sealing adhesive for the gangway needs to meet specific usage requirements in terms of performance.In the experiment，the body performance of the three through-channel sealants was systematically compared with the adhesion performance of the substrate，and the differences and evaluations were comprehensively analyzed and evaluated in combination with specific aging conditions，and the optimal glue scheme was summarized

Key words：gangway;sealant;body performance;adhesion

軌道車輛貫通道地板革與金屬踏板密封膠在軌道車輛制造中發(fā)揮著重要作用[1]。它們可以提供良好的密封效果，保證車輛的安全性和可靠性，并提高乘坐舒適度。軌道車輛貫通道地板革與金屬踏板密封膠材料的選擇和施工工藝的合理性對(duì)車輛的性能和使用壽命也有著重要的影響[2-3]。

然而，由于使用環(huán)境的復(fù)雜性和材料的多樣性，軌道車輛貫通道地板革與金屬踏板密封膠在實(shí)際應(yīng)用中常常會(huì)遇到許多問題，如膠層開裂、脫膠等[4-6]。

為了解決這些問題，本研究對(duì)軌道車輛貫通道地板革與金屬踏板3款常用密封膠的本體性能、粘附性及耐老化性能等方面進(jìn)行研究和分析，為軌道車輛貫通道密封膠的選型[7]和應(yīng)用提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)，從而保證軌道車輛的安全性和可靠性。

1實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1密封部位結(jié)構(gòu)及工況分析

1.1.1密封結(jié)構(gòu)

軌道車輛貫通道地板革與金屬腳踏板之間有壓緊結(jié)構(gòu)固定，在界面處需要打上密封膠進(jìn)行密封和固定，見圖1、圖2結(jié)構(gòu)圖。

1.1.2密封部位工況分析

由于貫通道在車廂間起到軟連接的作用，車輛運(yùn)行過程中的變形主要靠整個(gè)貫通道來進(jìn)行抵消，而車體地板革一側(cè)是固定在車輛地板上的，另一側(cè)腳踏板會(huì)隨著車輛貫通道搖擺和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的變形，密封膠要能保持良好的粘接和密封效果，自身需要有足夠的抗拉強(qiáng)度和柔彈性，同時(shí)需要牢牢地粘附在地板革及金屬踏板邊緣上。

由貫通道整體及施工圖紙的尺寸可知，密封部位膠縫寬度5～6 mm、深度1.8～2.2mm，粘接密封區(qū)域小，變形量大，受力也相對(duì)集中，也面臨著列車內(nèi)外高溫/高濕+低溫的環(huán)境條件[8-9]；再者列車在運(yùn)行時(shí)大量的乘客會(huì)經(jīng)過連接密封處，會(huì)承受擠壓踩踏的影響，同時(shí)受運(yùn)營(yíng)維保時(shí)水基清潔劑等介質(zhì)影響，綜合工況復(fù)雜而多變。

1.2試驗(yàn)材料與制備

1.2.1主要原料和儀器

韌馳9795（單組分聚氨酯，PU1），廣東普賽達(dá)密封粘膠有限公司；卡瑞得135R（單組分聚氨酯，PU2），上海蒂姆新材料科技有限公司；Sika 221（單組分聚氨酯，PU3），西卡（中國(guó)）有限公司；乙醇（清潔劑），無錫市展望化工試劑有限公司。

氣動(dòng)膠槍（型號(hào)： MA-310V）；溫濕度計(jì)（型號(hào)： Cos-03）；電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)：LD26.105）；大變形引申計(jì)（型號(hào)：DBX.08）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（型號(hào)： DHG-9246A）；高低溫（濕熱）試驗(yàn)箱（型號(hào)： STH-040L）；游標(biāo)卡尺（型號(hào)： SF2000）；測(cè)厚儀（型號(hào)： HD-6）。

1.2.2密封膠試驗(yàn)樣件制備

試樣類型有3種，分別是拉伸樣件、邵A硬度塊、膠條剝離樣件。

（1）拉伸試樣：GB/T? 528—2009橡膠拉伸啞鈴型2型尺寸，厚度要求（2±0.2）mm；將液態(tài)密封膠用模具板刮壓成后2 mm的膠層，表面光滑平整，放在溫度為（23±2）℃，40%～60%相對(duì)濕度環(huán)境下固化7 d；

（2）邵A硬度試樣：直徑大于20 mm，厚2 mm，測(cè)試時(shí)疊加厚度大于6 mm;

（3）膠條剝離試樣：膠條長(zhǎng)約120 mm，寬10～12 mm，膠條高度5 mm（基材：地板革、不銹鋼，結(jié)合表面打磨及不打磨的處理工藝，見表1）；將密封膠在不同的基材表面打成膠條的形狀，表面加以修飾，使尺寸符合要求，然后放在溫度為（23±2）℃，40%～60%相對(duì)濕度條件下7 d至膠層完全固化，見圖3所示。

1.3試驗(yàn)方法與測(cè)試

1.3.1密封膠本體性能測(cè)試

密封膠本體性能測(cè)試主要依據(jù)GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》及GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗(yàn)方法 第1部分》的要求進(jìn)行測(cè)試，其中拉伸試驗(yàn)速度為500 mm/min，配合大變形引伸計(jì)來測(cè)試密封的斷裂伸長(zhǎng)率。

結(jié)合老化條件ISO 9142：2003-D4高低溫濕熱循環(huán)分別老化4周、6周及8周后進(jìn)行拉伸和邵A硬度的測(cè)試，并與老化前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

1.3.2密封膠與基材粘附性能測(cè)試

密封膠粘附性試驗(yàn)，結(jié)合不同基材和表面處理工藝進(jìn)行組合，試驗(yàn)采用膠條剝離測(cè)試的方法進(jìn)行評(píng)估[10]，按照ISO 21194：2019《彈性膠粘劑 粘接接頭試驗(yàn) 膠條剝離測(cè)試》的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行膠條剝離測(cè)試，試驗(yàn)步驟及老化條件如下：

（1）在23 ℃、50%相對(duì)濕度環(huán)境下，靜置7 d，然后剝離試樣第1道膠；

（2）在20 ℃水中浸泡7 d，之后在23 ℃、50%相對(duì)濕度環(huán)境調(diào)節(jié)2 h，然后剝離試樣第2道膠；

（3）在80 ℃烘箱內(nèi)放置1 d，之后在23℃、50%相對(duì)濕度環(huán)境調(diào)節(jié)2 h，然后剝離試樣第3道膠；

（4）在70 ℃烘箱內(nèi)，封閉耐水7 d，之后在23 ℃、50%相對(duì)濕度環(huán)境調(diào)節(jié)2 h，然后剝離試樣第4道膠。（以上4個(gè)步驟為同一塊試樣試驗(yàn)順序。）

2結(jié)果與分析

2.1密封膠本體性能測(cè)試結(jié)果及分析

2.1.1密封膠本體性能測(cè)試結(jié)果

3款密封膠的本體拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率及邵A硬度等參數(shù)與高低溫濕熱老化時(shí)間有著密切的關(guān)系[11-12]，本文通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制了性能變化曲線圖，如圖4～圖6所示。

2.1.2密封膠本體性能測(cè)試結(jié)果分析

由圖4可知，3款密封膠隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，性能有一定的變化，特別是PU1膠在老化6周時(shí)有了較大幅度的下降，降幅已經(jīng)超過5%，達(dá)到了7.3%，而PU2和PU3膠強(qiáng)度變化較小，基本在2%以內(nèi)，說明PU1膠相比PU2、PU3膠在耐濕熱老化方面有一定差距。

由圖5可知，PU1膠從4周開始就有較大的衰減，降幅達(dá)35.1%，但從4周～8周期間變化很小，說明PU1膠的柔韌性在前期已經(jīng)有了顯著變化，耐長(zhǎng)期老化性能較弱；而對(duì)比PU2膠斷裂伸長(zhǎng)率，隨老化時(shí)間出現(xiàn)增大趨勢(shì)，可能的原因是鏈段運(yùn)動(dòng)[13]，在濕熱環(huán)境下，這些鏈段可能會(huì)變得更加活躍，更容易進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這種鏈段運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致橡膠在受到拉伸時(shí)更容易發(fā)生形變，從而增加斷裂伸長(zhǎng)率；PU3膠隨老化進(jìn)程，斷裂伸長(zhǎng)率有輕微衰減，但幅度不大，基本在3%以內(nèi)。說明PU2、PU3膠的柔韌性及抗老化能力要遠(yuǎn)超PU1膠；而地板革與金屬腳踏板間的密封工況，要求密封膠需要至少超過300%[14]的斷裂伸長(zhǎng)率，顯然老化后的PU1膠就不能滿足使用要求了。

由圖6可知，3款膠中PU2膠硬度最低，相對(duì)更軟一些；PU1和PU3膠硬度隨老化時(shí)間的增加，硬度也有增大的趨勢(shì)，PU1膠增幅高于PU3膠，而隨著密封膠的硬度增加，膠的柔軟程度也就下降了，從而也影響膠的變形能力。值得注意的是PU2膠的邵A硬度，隨著老化時(shí)間的增加，硬度反而是下降，趨向于更柔軟，這與斷裂伸長(zhǎng)率增加形成了較一致的結(jié)論。

2.2密封膠粘附性測(cè)試結(jié)果及分析

2.2.1測(cè)試密封膠與基材間的粘附性

本實(shí)驗(yàn)還考慮了不同的表面處理方法，增加了打磨工序，進(jìn)一步對(duì)比現(xiàn)有表面處理工藝的差異[15-16]，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。其中粘接破壞類型參考GB/T 16997—1997《膠粘劑主要破壞類型的表示法》，AF、CF、SCF分別代表粘附破壞、內(nèi)聚破壞、近壁內(nèi)聚破壞。

2.2.2密封膠粘附性測(cè)試結(jié)果分析

（1）基材——地板革：PU1膠在第2步20 ℃泡水7 d及封閉耐水7 d后膠條剝離測(cè)試出現(xiàn)了20%～80%粘附破壞，評(píng)價(jià)等級(jí)[17]為2～4級(jí)，說明PU1膠在此種工況下粘附力顯著減弱；其他2款膠，破壞模式達(dá)到98%內(nèi)聚破壞，粘附效果依然良好，能夠滿足密封和粘接要求；放到車輛運(yùn)行的使用場(chǎng)景，如果密封部位長(zhǎng)時(shí)間存有水或其他介質(zhì)，PU1膠相比PU2、PU3膠的粘附性能衰減較大，密封受到影響，極端情況下有脫膠失效的風(fēng)險(xiǎn)。從表面處理工藝來看，打磨適當(dāng)增加了密封膠的接觸面積，可以有效降低70 ℃封閉耐水的破壞程度，但對(duì)于常溫泡水下粘附性能的提升不明顯；

（2）基材——不銹鋼：不銹鋼表面張力[18]要高于地板革，故在不銹鋼表面，密封膠有更好的粘附性，但PU1膠在第2步常溫泡水7 d后依然出現(xiàn)了30%～50%的粘附破壞，評(píng)級(jí)為3級(jí)，嚴(yán)重影響密封性能；而其他2款膠在各老化階段基本保持98%～100%的內(nèi)聚破壞，粘附效果良好，滿足使用要求。

介于不銹鋼表面的良好粘接和粘附性能，在不銹鋼表面進(jìn)行額外的打磨處理，整體效果提升不明顯。

3結(jié)語

（1）貫通道地板革與金屬踏板密封膠在保持一定強(qiáng)度的同時(shí)需要更高的柔韌性，老化后的斷裂伸長(zhǎng)率需要達(dá)到300%以上，PU1膠在經(jīng)歷高低溫濕熱老化后本體邵A硬度已超過50 HA，而拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率都有顯著的衰減，柔韌性能變差，與PU2及PU3膠相比，運(yùn)用的風(fēng)險(xiǎn)較高；

（2）從粘附性上觀察，泡水老化后的PU1膠在兩種密封基材上達(dá)到了80%粘附破壞，而其他兩款膠則能達(dá)到1級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，說明PU1膠在耐水耐介質(zhì)方面不如PU2及PU3膠，在長(zhǎng)期的高濕條件下對(duì)密封效果有顯著影響；

（3）打磨表面處理工藝對(duì)于3款PU膠的粘附性改善提升不明顯，可以采用不打磨的工藝方法；

（4）介于老化后PU2、PU3膠依然有良好的本體性能及粘附性，滿足地板革與金屬踏板間的密封要求，推薦此2款膠可以正常使用。

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