提高地鐵車廂用膠膜合格率的研究

趙升龍，劉清方，梁 濱，周葵濤

（中國航發北京航空材料研究院，北京 100095）

1 引言

地鐵車廂鋁蜂窩夾層板具有重量輕、比強度高、隔熱效果好、工藝成熟、成本相對低等優點，在地鐵車廂裝飾中獲得了廣泛的應用。隨著各地城市軌道交通的大力興建，鋁蜂窩夾層板的需求越來越大。

中溫固化膠膜作為生產鋁蜂窩夾層板的重要原料，起到將鋁板和鋁蜂窩通過加溫加壓固化粘接成為一個整體的作用。蜂窩滾筒剝離強度是考察中溫固化膠膜的一項重要力學性能指標。

以往的SY-24B地鐵車廂用膠膜的檢驗合格率一直是100%。近幾年地鐵高端客戶希望將膠膜的蜂窩滾筒剝離強度指標從30 N · mm/mm提高到45 N · mm/mm，按此要求，合格率僅為74%。針對此問題，本文對膠膜的生產流程進行了梳理，找到了可能影響蜂窩滾筒剝離強度的18個因素；運用多元回歸方法進行分析，找到關鍵因素，并通過試驗驗證了回歸分析的正確性；通過控制關鍵因素，提高了地鐵車廂用膠膜的合格率和穩定性。

2 材料實驗

2.1 原材料

實驗原材料為：南通星辰合成材料有限公司生產的環氧樹脂E-44；增韌劑1，自制；胺類固化體系，自配。

2.2 膠接試樣制備及性能測試

蜂窩滾筒剝離強度按GJB 130.7-86《膠接鋁蜂窩夾層結構滾筒剝離試驗方法》進行測試。薄試片為0.5 mm厚進口2024T3或國產2A12鋁合金，厚試片為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產2A12鋁合金；鋁蜂窩為進口7.9-1/4型（6.35 mm）、40N-5052型（厚12～16 mm）或相當的國產鋁蜂窩。

剪切強度按GB/T 7124-2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》測試。被粘物為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產2A12鋁合金。

浮輥剝離強度按GB/T 7122-1996《高強度膠粘劑剝離強度的測定浮輥法》測試。被粘物薄試片為0.5 mm的進口2024T3或國產2A12鋁合金,厚試片為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產2A12鋁合金。

鋁合金表面經磷酸陽極化處理，固化條件為120～130 ℃固化2 h。

3 生產線實時數據分析

3.1 蜂窩滾筒剝離強度合格率

每批SY-24B地鐵車廂用膠膜出廠時必須檢驗蜂窩滾筒剝離強度，圖1為膠膜生產流程未改善前（2016年）蜂窩滾筒剝離強度的批次時間序列圖。從圖1可見，將蜂窩滾筒剝離強度的檢驗指標提高到45 N · mm/mm后，合格率僅為74%；此外，膠膜的蜂窩滾筒剝離強度波動較大，需要提高合格率和穩定性。

圖1 流程未改善前SY-24B膠膜蜂窩滾筒剝離強度批次時間序列圖

3.2 多元回歸分析

對膠膜的生產流程進行梳理，找出18個可能影響蜂窩滾筒剝離強度合格率的因素。借助Minitab軟件，運用多元回歸方法對18個影響因素進行分析，得到的回歸方程如下：

蜂窩滾筒剝離強度= 255 + 34.6增韌 劑1-0.81揮 發 份-0.101單 位 面 積質量-0.83 環氧樹脂2-0.01 環氧樹脂1-3.02增韌劑2+7.31 固化劑+2.07促進劑+0.117載體厚度+0.234脫膜紙厚度-0.079合成溫度-0.237合成時間-1.47捏合溫度+0.007研磨溫度-1.49制膜溫度-0.028固化溫度+0.073 3環境溫度-0.019 5環境濕度。

表1列出了部分影響因素的回歸分析和方差分析數據。從表1回歸分析可見，增韌劑1的假設檢驗P=0.000＜0.05，說明增韌劑1對蜂窩滾筒剝離強度有顯著影響；捏合溫度的P=0.031＜0.05，說明捏合溫度對蜂窩滾筒剝離強度有顯著影響。另外殘差S=2.588 43較小，說明回歸方程模型與實際較為吻合；回歸平方和占總離差平方和的比率R-Sq = 97.1%，調整后的R-Sq（調整）= 95.9%，二者偏差不大，說明選定的影響因素對蜂窩滾筒剝離強度波動的貢獻較大。

從表1方差分析可見，增韌劑1的離差平方和SeqSS最大，貢獻率達到了99%；捏合溫度等其他影響因素對SeqSS的貢獻率較小，可以忽略不計。說明在當前生產條件下增韌劑1對蜂窩滾筒剝離強度的影響最大，其他因素影響較小。

表1 蜂窩滾筒剝離強度與增韌劑1、捏合溫度等回歸分析和方差分析

3.3 擬合線圖分析

通過以上多元回歸分析得知，在當前生產條件下增韌劑1與蜂窩滾筒剝離強度高度關聯。下面采用回歸擬合線圖的方法對剝離強度和增韌劑1的生產實時數據進行擬合分析，結果見圖2。

從圖2可見，在當前生產條件下，蜂窩滾筒剝離強度和增韌劑1 的加入量高度線性關聯。為滿足膠膜的蜂窩滾筒剝離強度大于45 N · mm/mm，應控制增韌劑1的加入量大于1.5份。

圖2 蜂窩滾筒剝離強度和增韌劑1加入量的擬合線圖

綜合分析，在當前生產條件下，控制好增韌劑1的加入量即可很好控制蜂窩滾筒剝離強度。

4 實驗室驗證

在其他參數不變情況下，在實驗室條件下進行小樣試驗，對不同增韌劑1用量膠膜的蜂窩滾筒剝離強度進行測試，其結果見圖3。

從圖3中可見，在實驗室條件下膠膜的蜂窩滾筒剝離強度隨著增韌劑1用量增加而增大，在增韌劑1用量為1～3.5份時，剝離強度與增韌劑1用量呈線性關系，這與生產條件下用多元回歸方法分析和擬合線圖方法分析的結果一致。

圖3 增韌劑1用量與膠膜蜂窩滾筒剝離強度關系曲線

5 關鍵工藝參數控制

通過對工藝文件的更改和現場管理的加強，對關鍵工藝參數進行了控制。圖4為生產流程改善前后蜂窩滾筒剝離強度單值-移動極差控制圖（I-MR控制圖），圖4分析如下。

圖4 蜂窩滾筒剝離強度I-MR控制圖

（1）生產流程未改善前（DMA階段），蜂窩滾筒剝離強度移動極差上控制線UCL為52.30，下 控 制 線LCL為0，平均值MR為16.01，波動較大，說明批次之間差異較大；流程改善后（IC階段），蜂窩滾筒剝離強度移動極差上下控制線UCL和LCL分別為10.66和0，平均值MR為3.26，波動較小，說明批次之間差異較小。

（2）生產流程未改善前（DMA階段）蜂窩滾筒剝離強度單獨值不穩定，其中心線X為61.07，上下控制線UCL和LCL分別為103.65和18.50，波動范圍較大，從統計學角度說明生產過程受控程度不高；流程改善后（IC階段）蜂窩滾筒剝離強度單獨值比較穩定且整體有所提升，其中心線X為69.31，上下控制線UCL和LCL分別為77.99和60.64，波動范圍較小，從統計學角度說明生產過程受控且能夠穩定輸出蜂窩滾筒剝離強度合格的膠膜。

6 改善后的膠膜綜合性能

生產流程改善后有必要對膠膜的力學性能進行全面測試，表2列出了流程改善后所生產膠膜的性能測試結果。從表2可見，流程改善后膠膜的各項力學性能均滿足指標的要求，最突出的是膠膜的浮輥剝離強度和蜂窩滾筒剝離強度都較高。

表2 流程改善后膠膜力學性能

7 結論

（1）通過多元回歸方法對SY-24B地鐵車廂用膠膜的生產流程進行分析和實驗室驗證試驗，證明增韌劑1的用量是影響膠膜蜂窩滾筒剝離強度的關鍵因素。

（2）通過控制增韌劑1的加入量，可提高地鐵車廂用膠膜的合格率和穩定性，以及膠膜蜂窩滾筒剝離強度的合格率。按蜂窩滾筒剝離強度檢驗指標45 N · mm/mm要求，流程改善后膠膜的合格率達到100%。

（3）流程改善后，膠膜的各項力學性能均滿足要求。