1 地鐵車輛膠粘劑的選用原則
在選擇軌道交通車輛膠粘劑時,需考慮以下問題:
①性能要求:在性能上滿足軌道交通車輛組成成分的技術要求,同時在檢修周期內保證性能的可靠性。
②工藝要求:必須充分滿足軌道交通車輛的制造工藝條件。例如粘接的材料、膠粘劑使用時環境的溫濕度、操作環境的溫濕度、表面處理的方式、膠粘劑固化時間和生產節拍的關系等,這些都要滿足車輛制造工藝的要求。
③環保要求:作為新型交通工具的組成部分,膠粘劑固化后不能揮發對人體有害的成分,在生產過程中,必須盡量減少對人體有害成分的產生。
2 膠粘劑在軌道交通車輛上的應用概況
從整個軌道車輛的制造過程及各個工序的生產對膠粘劑功能要求,可以歸納為:①結構粘接;②密封;③防松;④防電化學腐蝕;⑤其他功能性應用如導電、抗咬合等等。
2.1 粘接
司機室前檔風玻璃、側窗玻璃采用粘接工藝,粘接與傳統膠條或鉚接相比外觀美觀大方,可視性強。當玻璃在受到外力的沖擊和振動影響時,膠粘劑為彈性體,能夠緩解這種壓力。所以對膠粘劑的拉伸強度、剪切強度以及斷裂伸長率要求較高,由于受太陽照射的影響,對防紫外線能力、耐濕熱抗老化的能力有較高要求。玻璃粘接拉伸強度要求大于6 MPa,剪切強度要求大于0.3 MPa,斷裂伸長率要求大于350 %。目前常用的PU膠粘劑有SIKA265、漢斯曼5902、漢高8590、MS膠粘劑有ISR7008。
地板布的粘接。地板布材料一般采用橡膠或PVC材料,考慮到車輛的維修,板布與鋁蜂窩地板的粘接強度不能過高,否則車輛維修時不能輕易拆除,給維修工作帶來不便。剝離強度一般要求0.5~5 N/mm。通常采用雙組分聚氨酯或雙組分環氧膠粘劑,常用的膠粘劑為漢高UK88,R710,SIKA7100。針對豎直地板布的粘接,因豎直面難以施加壓力,一般采用觸變性較好、固化速度較快的雙組分硅烷膠粘劑,如ITW4100、回天7938膠粘劑。
地板橡膠座與車體的粘接以及車內頂板、墻板加強筋的粘接。地板橡膠座是為增加乘客的舒適性而設置的彈性體,本身主體結構為三元乙丙橡膠,地板下平面硫化有3 mm厚的鋁板,考慮到承受壓應力的受力狀況,該處膠粘劑一般采用高模量、高強度結構膠粘劑;車內頂板、墻板加強筋是為了加強頂板、墻板剛性設置的角型型材或板型型材,也是采用高模量、高強度結構膠粘劑。考慮生產節拍,一般選擇固化速度較快的雙組分丙烯酸酯膠粘劑,如ABNEN8088,LORD406,ITWMA830。
一些臨時性的小部件固定,例如一般墊片的粘接或者定位塊的粘接,要求固化速度比較快,易于操作。常常采用α-氰基丙烯酸酯(瞬干膠),如HS401、HS406、樂泰401、406。廣告框的粘接一般采用壓敏膠,如VHB4945。
2.2 密封
軌道交通車輛司機室前檔風玻璃、側窗玻璃與車體之間需要密封。考慮到氣候的影響,要求選擇的膠粘劑具有較好的耐紫外線、耐酸堿能力,常用的膠粘劑有SIKA265、漢斯曼5901、ISR7003、MS939等。車內裝飾件的密封,例如門檻的密封、電器柜下部的密封、座椅下部的密封,基于車體內部使用,要求環保性好,通常采用普通聚氨酯膠粘劑,如SIKA221;車體其他部位的密封,例如焊縫的密封、塞拉門門框、門腳的密封、司機室連掛處的密封,根據實際情況選用不同顏色的耐紫外線膠粘劑,例如SIKA521UV等;車體下部的密封,考慮到車下電氣部件較多,防火性能等級要求較高,采用防火等級較高的膠粘劑,如FR939。針對軌道交通車輛的管路連接部分有空氣管路、水管等部件,為了防止因沖擊或震動而導致松動和泄露等問題,增加管接頭的密封效果,一般采用厭氧膠粘劑進行密封,如樂泰577,樂泰542。
2.3 防松
軌道車輛部件的連接除了焊接、粘接、鉚接,還有一種連接方式就是螺栓連接。螺栓螺母通過螺紋之間的摩擦力實現部件的緊固。使螺紋松動的原因是由于加在螺栓上的外部徑向力矩,大于自鎖力矩。為了減少松脫,增加自鎖力矩,通常在螺母和螺栓之間涂上螺紋鎖固劑。在車輛的制造過程中,使用螺紋鎖固劑的地方很普遍。一般情況下M6及M6以上的螺紋連接都涂有螺紋鎖固劑。需要重復拆卸的地方采用中強度的螺紋鎖固劑,例如所有內部裝配常用的螺紋鎖固劑H243。一般不拆卸的地方或要求較高的地方采用高強度螺紋鎖固劑,例如車下制動模塊的安裝、空壓機模塊的安裝等等,常用的螺紋鎖固劑有H271、樂泰271。
2.4 防電化學腐蝕
在車輛的制造過程中,常用的工程材料是金屬。常見的金屬腐蝕有物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕,其中電化學腐蝕是主要也是嚴重的一類腐蝕。電化學腐蝕是因為2種不同材料在接觸時存在電位差,而**的環境起到催化劑的作用,加速電化學腐蝕的發生。解決電化學腐蝕通常的方法就是用丁基類膠粘劑完全隔離2種不同的金屬,例如鋁合金車體與不銹鋼零部件之間、鋁合金車體與碳鋼零部件之間、不銹鋼車體與碳鋼零部件之間常用H4006隔離。
2.5 其他功能性應用
車輛制造過程中接地線裝置處涂有導電膠,在車輛轉向架空氣彈簧與車體接觸部位涂有抗咬合膠粘劑樂泰767,還有不銹鋼修補劑和鋁合金修補劑等等。
3 粘接工藝
粘接質量的好壞與膠粘劑的質量有關,也與粘接工藝緊密相連。通常的施工工藝為:清潔→打磨→清潔→涂膠→固持。粘接之前對粘接面進行清潔,清除表面的油污等雜質;第2步為對粘接面進行打磨,清除表面的氧化層或污染層,打磨手法按照45°角交叉打磨;第3步為清潔,清除打磨產生的灰塵及碎屑;第4步為涂膠,按照不同膠粘劑類型、采用不同的方法在粘接面上涂膠,如側窗玻璃的粘接采用涂三角的方法,地板布粘接采用A2刮板刮涂的方法,地板座的粘接采用之字形狀的方法等等;第5步固持,把被粘接物貼合在一起,然后采用工裝設備使之保持貼合時的狀態,持續固化到一定時間,后拆除工裝設備。
4 膠粘劑的局限性
1)粘接質量容易受各種因素的影響。典型的是環境因素,例如溫、濕度,隨著溫度的升高,膠粘劑的表干時間縮短,可操作時間也會相應縮短,如果可操作時間控制不好,就會產生粘接質量隱患,粘接的零部件就會脫落。
2)無損檢測還不成熟,粘接的可靠性較差。一般都是進行破壞性試驗,周期性長、浪費試件、時間、資金。
3)被粘接零部件需要表面處理,粘接工藝要求嚴格,如果被粘接表面清潔不到位,被粘接的零部件就會脫落。
4)粘接體系還不完善,膠粘劑力學性能和耐老化性能的研究與金屬材料相比還不成熟。
5)零部件粘接后大部分情況下無法拆開,在車輛進行維護保養或大修時比較困難。
所以粘接方式在很多方面還不能完全替代傳統的連接方式。
5 結語
隨著軌道交通工業的發展,對膠粘劑的性能要求也越來越高,除了強度之外,耐老化性、環保性、操作工藝等等都會逐步提出新的要求。針對行業標準欠缺現狀,需要規范性能測試方法,建立完善的質量保證體系,以保證膠粘劑在軌道交通車輛上的應用效果更好,范圍更廣。