梁寶宏 公慧

摘 要：介紹單組分濕氣固化型硅烷改性聚氨酯（SMP）膠粘劑的結(jié)構(gòu)特征和固化機(jī)理、單組分應(yīng)用體系的局限性，以及 Booster 體系對其加速固化的影響，并介紹其在軌道交通行業(yè)高速動車側(cè)窗粘接和密封施工的應(yīng)用和性能測試等，對高速動車生產(chǎn)行業(yè)中優(yōu)化粘接固化節(jié)拍、提高生產(chǎn)效率等具有參考意義。

關(guān)鍵詞：軌道交通;高速動車;Booster體系;聚氨酯膠粘劑;濕氣固化型

中圖分類號：U270.6+5

0 引言

單組分濕氣固化型SMP膠粘劑（以下簡稱“單組分SMP膠粘劑”）是目前高速動車組車輛部件制造過程中很常見的粘接和密封工藝用膠，原因在于其使用簡便、固化后應(yīng)力分布均勻且強度和彈性特質(zhì)明顯、抗紫外線能力優(yōu)于常規(guī)聚氨酯類膠粘劑等;但同時由于其通常依靠空氣中的水汽反應(yīng)由外向內(nèi)緩慢固化，固化速度很慢，且受膠層厚度、固化尺寸的制約，使得其在高速動車組車輛部件制造應(yīng)用過程中易受到施工環(huán)境條件等因素的影響，從而導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍錯亂，嚴(yán)重影響后續(xù)的生產(chǎn)計劃和整體的生產(chǎn)效率等，而使用Booster體系能夠有效地解決單組分SMP膠粘劑對施工環(huán)境條件和固化尺寸的依賴，加速固化。本文主要介紹Booster體系對于單組分SMP膠粘劑加速固化的影響及其在高速動車側(cè)窗粘接和密封中的應(yīng)用。

1 單組分 SMP 膠粘劑的結(jié)構(gòu)特征

濕氣固化型SMP膠粘劑的樹脂含有硬段和軟段結(jié)構(gòu)，使用交聯(lián)劑阻聚，可通過調(diào)整硬段與軟段的長度和結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機(jī)械性能的改善。其固化劑一般來源于空氣中的水汽，在水汽的作用下通過縮聚反應(yīng)進(jìn)行固化，固化后形成彈性體。

SMP的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

SMP的固化機(jī)理如圖2所示。

在軌道交通車輛及軌道車輛配件制造過程中，現(xiàn)場選擇膠槍（針對小包裝）或膠泵（針對大桶包裝）進(jìn)行打膠施工，而單組分SMP膠粘劑靠與空氣中的濕氣反應(yīng)固化，因此，其固化過程對環(huán)境條件有一定的相對濕度要求（相對濕度建議高于40% RH）。單組分SMP膠粘劑的固化具有各向異性，從外向內(nèi)，即最外層先接觸濕氣的部分先固化，然后慢慢向內(nèi)逐漸遞減固化，因此，對其批量施工效率有一定的局限性。此膠粘劑的固化速度一般比單組分聚氨酯類膠粘劑的速度更慢。

單組分SMP膠粘劑的固化反應(yīng)在其施工后剛接觸周圍空氣時就開始發(fā)生，在其工藝施工/使用過程中需要注意一個很重要的參數(shù)，即“結(jié)皮時間”（膠粘劑的操作時間）。結(jié)皮時間受具體的膠粘劑種類、使用溫度和環(huán)境相對濕度等因素的影響，在一定范圍內(nèi)（通常溫度為15～30℃、相對濕度為30%～80% RH），溫度和環(huán)境相對濕度越高，通常結(jié)皮時間越短。而與粘接施工相關(guān)的施膠、連接、固定和必要的平滑工藝都必須在“結(jié)皮時間”內(nèi)完成，即在膠粘劑的工作時間內(nèi)完成，以保證膠粘劑與基材間有足夠的粘附效果和良好的粘接性能。

2 單組分SMP膠粘劑在高速動車側(cè)窗的應(yīng)用工藝

單組分SMP膠粘劑在高速動車上的重要應(yīng)用之一是高速動車側(cè)窗的粘接和密封，即使用此膠粘劑將側(cè)窗結(jié)構(gòu)與車體進(jìn)行粘接連接，待其粘接膠層固化后再進(jìn)行整體的密封施工。這樣既保證了粘接的強度，又保證了整體的美觀和密封功能。具體工藝如下。

（1）清潔。用潔凈的專用擦拭紙等蘸配套的清潔劑，從待粘接基材表面的一端向另一端單向無遺漏擦拭粘接面，擦拭時禁止在同一位置轉(zhuǎn)圈擦拭，以避免重復(fù)污染。若擦拭后，擦拭紙或無紡布變色，應(yīng)更換干凈的擦拭紙或無紡布繼續(xù)該工序。注意勤換干凈的擦拭紙或無紡布，以便于擦凈表面。最后要晾干，以確保待粘接面潔凈干燥。

（2）遮蔽。在需粘接或密封的區(qū)域底材兩側(cè)，用遮蔽材料進(jìn)行完全遮蔽，以防膠粘劑溢出而污染非粘接密封部位。

（3）打磨。打磨需要粘接或密封的區(qū)域，而玻璃底材及已處理的基材無須打磨。

（4）清潔。對經(jīng)過上步打磨的區(qū)域及周邊進(jìn)行清潔和晾干，確保待粘接面潔凈干燥。

（5）底涂施工。使用潔凈的專用海綿在待施膠面沿一個方向擦底涂（底涂施工要求均勻且薄地覆蓋整個區(qū)域，不允許露底，不可來回刷涂），晾至干燥。晾置過程中表面不得被污染，嚴(yán)禁用手觸摸確認(rèn)干燥情況。

（6）打膠。在基材上打膠（膠粘劑），打膠時膠嘴接觸基材無遺漏，保證膠體均勻、連續(xù)飽滿且無空氣裹入;在膠粘劑的工作時間內(nèi)完成部件的安裝調(diào)試及固定工作等。

（7）固化。在膠干燥期內(nèi)避免觸摸膠層表面。在標(biāo)準(zhǔn)（23℃、50% RH環(huán)境）實驗條件下，第一天固化約3mm，然后逐步遞減。在濕度較低時，需要延長干燥時間。

（8）涂打密封膠。待粘接膠層固化后進(jìn)行整體的密封施工，使用膠粘劑填充整個密封區(qū)域，保證膠粘劑連續(xù)飽滿填充，在膠粘劑的有效操作時間內(nèi)使用刮板沿框周邊均勻地將縫隙處表面多余的膠體刮除，形成連續(xù)平整的表面。刮膠時應(yīng)連續(xù)無停頓，壓實刮平后進(jìn)行表面平滑處理，在保證粘接強度的同時保證整體的美觀和密封功能。

（9）處理完畢后需及時去除遮蔽膠帶，以進(jìn)一步固化。

在整個膠粘劑應(yīng)用過程中，制約其應(yīng)用的主要因素是采用單組分施工不利于膠整體的快速固化。由于車窗粘接部位打膠較厚，這使其在高速動車組車輛部件的制造過程中易影響生產(chǎn)節(jié)拍，且嚴(yán)重影響后續(xù)的生產(chǎn)計劃和整體生產(chǎn)效率等。鑒于此，為保證生產(chǎn)節(jié)拍及粘接質(zhì)量的穩(wěn)定性，選用Booster體系進(jìn)行施工。

3 Booster 體系

Booster體系一般有2種實現(xiàn)形式：①使用一種特殊的膠嘴將含水相（Booster體系）的薄層注入膠層中（類似雙組分操作）;②使用靜態(tài)混合器自動計量系統(tǒng)（極少情況下，也使用動態(tài)混合器）改善混合的均勻性。Booster體系的主要優(yōu)點是膠條固化實際上各向同性、與空氣的濕度無關(guān)、不受粘接尺寸和粘接面積的限制、粘接固化速度快（即室溫條件下，大約1 h后可達(dá)到操作強度，施工后1天達(dá)到最終強度）。

高速動車側(cè)窗粘接和密封過程中使用的單組分SMP膠粘劑由于Booster體系的引入，不再完全依賴空氣中的水汽進(jìn)行固化，而且可以在數(shù)小時內(nèi)達(dá)到整體固化，擺脫了此膠粘劑從外向內(nèi)單向固化的弊端。按照比例進(jìn)行充分混合且混合均勻，且在標(biāo)準(zhǔn)條件下，其可在4h內(nèi)初步整體固化（即膠體反應(yīng)成固體，用刀片割開其內(nèi)部無明顯糖心現(xiàn)象）;在粘接完成6 h后，可在廠區(qū)內(nèi)或車間之間平穩(wěn)地移動車輛。完成粘接后的車窗，可在車窗下沿限位墊塊拆除后立即進(jìn)行車窗密封膠的施工。

經(jīng)實驗室測試，引入Booster體系后的單組分SMP膠粘劑在標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下固化的數(shù)據(jù)曲線分別如圖3和圖4所示。

4 引入 Booster 體系的單組分SMP膠粘劑在高速動車側(cè)窗的應(yīng)用

使用引入Booster體系的單組分SMP膠粘劑將側(cè)窗結(jié)構(gòu)與車體進(jìn)行粘接連接，待其粘接膠層固化后進(jìn)行整體的密封施工，在保證粘接強度的同時保證整體的美觀和密封功能。圖5為引入Booster體系的單組分SMP膠粘劑在高速動車側(cè)窗的應(yīng)用示例。

在經(jīng)過設(shè)計計算確認(rèn)的區(qū)域使用原結(jié)構(gòu)中的SMP膠粘劑配合Booster體系進(jìn)行施工（具體尺寸及位置根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和節(jié)拍時間等共同確認(rèn)），在此引入Booster體系的結(jié)構(gòu)中，雙組分SMP膠粘劑通過自身反應(yīng)快速固化，施工18h后即可撤除工裝進(jìn)行常規(guī)的工序流轉(zhuǎn)，且最終性能與之前完全一致。具體施工工藝如下。

（1）在經(jīng)過設(shè)計計算確認(rèn)的區(qū)域使用圖紙中的SMP膠粘劑配合Booster體系，施工時每組SMP膠粘劑和Booster體系按照比例充分混合均勻，并采用專用的雙組分膠槍。

（2）每處雙組分的尺寸根據(jù)設(shè)計要求確定，其他尺寸與正常粘接尺寸的要求相同。

（3）在每一道膠粘劑進(jìn)行施工時，必須將其插入上一道膠的底部，以保證2道膠搭接連續(xù)，確保整個膠條連續(xù)均勻飽滿。

（4）所有相關(guān)操作需在膠粘劑的工作時間內(nèi)完成。

（5）工裝拆除時，按安裝順序和時間間隔要求依次拆除。

其他通用操作與文中的常規(guī)施工工藝相同，此處不再贅述。

通過局部區(qū)域增加Booster體系以加速固化，不影響SMP膠粘劑固化后的整體性能，在保證粘接質(zhì)量的前提下滿足生產(chǎn)節(jié)拍需求，大大提升了生產(chǎn)效率，即引入Booster體系后，SMP膠粘劑在高速動車側(cè)窗的應(yīng)用時：①節(jié)約了單輛車至少1個存車臺位的空間，同時節(jié)省了存車費用;②節(jié)約了改進(jìn)前需專人到存車臺位拆除工裝并運回生產(chǎn)臺位的人力及轉(zhuǎn)運費用;③節(jié)約了改進(jìn)前為提升節(jié)拍而申請增加新工裝的工裝制造費用;④滿足交車計劃及后續(xù)施工，解決了現(xiàn)場生產(chǎn)的瓶頸問題。

5 引入 Booster 體系的單組分SMP膠粘劑的粘附性能和耐久性

為對比分析引入Booster體系的SMP膠粘劑與常規(guī)單組分SMP膠粘劑的粘附性能和耐久性等性能，特進(jìn)行針對性的對比實驗，相關(guān)實驗測試標(biāo)準(zhǔn)、測試條件、測試項目和測試結(jié)果如下。

（1）測試標(biāo)準(zhǔn)。DIN 54457-2014《結(jié)構(gòu)膠-粘接件的剝離試驗》;GB/T 16997-1997《膠粘劑-主要破壞類型的表示法》。

（2）檢測條件。①在23 ℃、50% RH實驗條件下固化7天，進(jìn)行第1次測試;②在20 ℃的水中浸泡7天，取出置于23 ℃、50% RH實驗條件下2 h后，進(jìn)行第2次測試;③在80 ℃試驗箱存儲1天，進(jìn)行第3次測試;④取出置于23℃、50% RH實驗條件下2 h后，進(jìn)行第4次測試;⑤在70 ℃飽和水蒸氣（封閉耐水測試）實驗7天，取出置于在23℃、50% RH實驗條件下2 h后，進(jìn)行第5次測試。

（3）測試項目。經(jīng)過相應(yīng)條件實驗后進(jìn)行膠條剝離測試，檢測膠粘劑與基材間的粘附狀態(tài)和破壞類型等。

（4）測試結(jié)果。實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過5個階段的老化后，引入Booster體系的SMP膠粘劑和單組分SMP膠粘劑均可產(chǎn)生100%的膠粘劑內(nèi)聚破壞（CF）。

6 結(jié)語

使用Booster體系能夠有效地解決膠粘劑對于施工環(huán)境條件和固化尺寸的依賴，加速固化。在高速動車側(cè)窗上應(yīng)用的單組分SMP膠粘劑加Booster體系可起到快速固定的作用，施工后可大大縮短等待時間進(jìn)入常規(guī)的工序流轉(zhuǎn)，且最終性能與之前完全一致;通過局部區(qū)域增加Booster體系以加速固化，不影響SMP膠粘劑固化后的整體性能，在保證粘接質(zhì)量的前提下滿足生產(chǎn)節(jié)拍需求，從而大大提高了生產(chǎn)效率。這對于高速動車生產(chǎn)行業(yè)中優(yōu)化粘接固化的節(jié)拍、提高生產(chǎn)效率等具有參考意義。

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收稿日期 2019-04-02

責(zé)任編輯 黨選麗