軌道客車車頂復合材料板粘接工藝質量提升研究

王成，周保菊，張津源

摘 要：介紹了軌道客車車頂復合材料板粘接工藝的方法，采用改性硅烷膠粘劑對輕質復合頂板進行粘接。通過研究車頂復合材料板粘接過程中影響粘接工藝的要素，制定粘接工藝方案，分析車體重要部件的施工工藝要素;明確人員資質要求、對場地環境要求進行細化、增加質量檢測手段、規范化工品存儲等要求，通過以上手段提高了粘接施工質量。

關鍵詞：軌道客車;復合材料板;粘接;工藝;質量提升

中圖分類號：TQ050.4+3 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：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

隨著城市軌道客車作為環保型交通工具的廣泛應用，膠粘劑和粘接技術隨著車輛制造技術的提升而快速發展[1-3]。采用復合材料制造軌道客車的車頂板，充分發揮復合材料自身優異的防火性和自重輕的特點，通過降低車輛整體質量，有效降低車輛運營時的耗能。根據車體鋼結構和復合材料的特性，采用粘接作為車頂復合材料板和鋼結構的連接方式。采用正確的粘接工藝，采取行之有效的預防及糾錯提升粘接施工質量，在保證車輛設計結構性能、使用安全和壽命方面具有重要意義。

1 粘接的基本原理

粘接技術是化學連接技術。它是膠粘劑涂覆在被粘接物的表面后，經膠粘劑的擴散、流變、滲透、疊合后，膠粘劑和被粘物表面相互吸引，產生機械嵌合力、范德華力或形成氫鍵、共價鍵、離子鍵、配位鍵等，經過一定時間的固化后，完成被粘物的固定[4-5]。

2 粘接工藝優化

2.1 施工準備

2.1.1 粘接工藝驗證

通過制定工藝評定方案，驗證在現有粘接場地完成車頂復合材料板的粘接過程是否滿足環境要求。

選用粘接膠，模擬施工過程，在基材樣板上完成粘接過程;固化完成后，模擬極限條件的環境，進行強度驗證。

試驗條件：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。

標準依據：DVS 1618。

試驗設備：ETH-225-45-CP-SD（可程式環境試驗箱），工藝參數如表1、表2所示。

通過采用粘接工藝開工前驗證的方案，可以有效的驗證施工過程各個工藝參數是否具備實際的施工性能，同時可以清晰地驗證膠粘劑的產品性能能否滿足工藝施工要求。粘接工藝的驗證，是提升產品粘接質量的重要手段之一，使每個施工步驟都在可控范圍內完成，確保了產品的優良品質。

2.1.2 場地管控提升

粘接場地要求控制場地的濕度和溫度。

通過增加加濕、除濕設備，保證粘接場地溫，濕度相對恒定，溫度為（23±2） ℃，濕度為（50±5）%。

控制方法：中央空調控溫和除濕;加濕設備控溫。

場地：具有獨立封閉的打磨區域。具備除塵通風設備（除塵濾芯可過濾PM 10以上的粉塵顆粒物）。

通過以上的措施，消除了不利的環境因素對粘接過程的影響。

2.1.3 粘接料件準備措施細化

（1）要求供應商來料的車頂復合材料板應在粘接面貼附不轉移隔離紙。

（2）車體不銹鋼表面應完成除銹處理。

（3）原材膠粘劑、車頂復合材料板和車體不銹鋼表面應提前24 h進入粘接場地。粘接前應保證膠粘劑及兩個基材表面溫度相同，溫度差在±1℃以內。

以上的處理措施，可提升產品的表面狀態，對粘接的質量提升有顯著的推動作用。

2.2 粘接表面處理過程升級

2.2.1 處理車體不銹鋼基材表面

用干凈的擦拭紙（無游離的硅原子），沾異丙醇溶劑沿一個方向擦拭基材表面，每次擦拭應更換擦拭紙，清潔需要保證擦除表面的油脂和灰塵等雜質。對車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單的清潔手段處理的，需要采用打磨的方法清除。一般通過增加打磨的施工要求，提升表面的潔凈度，提高粘接質量。

2.2.2 處理復合材料板基材表面

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

采用車頂復合材料板專用底涂劑，提升基材表面潤濕性，增加粘接強度。

2.3 施膠工藝的準確性提升

施膠位置車體鋼結構車頂骨架表面，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器對施膠量進行管控，提升施膠工藝的準確性。

2.4 細分安裝時間

2.4.1 吊運車體復合頂板

采用特制吊運工裝，將車體復合頂板吊起，預放置車頂鋼骨架上方。

2.4.2 安裝車頂復合材料板

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

2.4.3 安裝時間

安裝車頂復合材料板的時間從施膠開始計時，需要在13 min以內完成安裝。

將每一工藝部分的操作流程規范化、節拍化，精準細分每一工部的操作時間，保證在規定時間內完成安裝操作，提升操作時間準確性。

2.4.4 固定車頂復合材料板

用15 kg壓塊在車頂復合材料板表面按照圖紙施膠的膠線位置進行配重施壓，施壓時間在48 h以上。車頂復合材料板固化48 h后，可以移除用于固定的保護膠帶、工裝和卡具等。

通過以上對施工操作的分步處理，操作時間的細分，規范了操作動作，提升了產品質量。

3 粘接操作時間的優選

3.1 優選方法

使用氣動膠槍在樣板上打出長約5 cm，寬約1 cm的膠樣。用平直刮板將膠樣上表面刮平，然后啟動計時器開始計時。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，則記錄時間;若有，則等待60 s，再次判斷是否有粘稠感，一直重復至無粘稠感為止，記錄時間。

3.2 測試操作時間

粘接場地，在溫度為（25±2）℃、濕度為（50±5） %時，進行粘接操作時間的測試。測試分為3組。測試結果如表3所示。

由表3可以看出經測試，確定12 min作為粘接操作時間。

4 人員資質質量管控

4.1 人員資質

根據DIN 6701質量管理安全等級分類，復合頂板粘接屬于A1等級。根據DIN 6701質量管理體系要求，規定A1、A2等級的粘接部件，操作者需要由具備EAB等級的粘接工人進行施工，同時配備具備EAS等級的粘接技師在施工現場進行施工過程質量控制。

4.2 人員培訓

對施工人員進行產前培訓，培訓后進行實作考試。采用工藝評定的方式，制作考試樣件，進行技能評判。

5 場地環境監控

5.1 場地布局

復合頂板粘接需要在封閉的場地進行粘接作業，保證恒定的溫度和濕度。傳統的粘接作業區域未采用封閉管理，造成工序交叉，影響粘接質量。通過改造場地布局，隔離非粘接作業，配備加濕和除濕設備，增加空調等溫度調節設備，保證作業區域環境的穩定性。

5.2 建立監控制度

對于場地環境，制定監控流程，每個開工及收工時段做好記錄。在粘接過程和固化過程做好監控，確保粘接工序全過程環境處在管控過程中，杜絕固化過程的環境管控缺失問題。

6 材料管控

6.1 規范存儲要求

為規范膠粘劑、化工品倉儲物料管理，確保庫存物料符合儲存要求，與溫度/空氣濕度有關的膠粘劑存儲必須根據制造商的說明進行（先進先出）。必須注意保質期，如果超過保質期，則只能征得膠粘劑制造商的同意重新批準一個保質期。在使用膠粘劑前必須確保遵守膠接技術工作說明中規定的諸如溫度和空氣濕度一類的工藝條件。在公司內部運輸時，特別是在涉及屬于危險物品條例管轄的膠粘劑時，必須制作和遵守相應的使用說明。粘接劑和在制品的防護重點是避免潮濕、過熱、過期、暴光、磕碰損壞等。進口膠粘劑需預留三分之一保質期，國產膠粘劑需預留三分之二保質期。過期膠粘劑的處置：原則上報廢處理，對于不做報廢處理的過期膠粘劑需供應商提供膠粘劑的復檢報告，經粘接監督確認之后方可使用。

6.2 材料貯存環境管控

膠粘劑作為特殊化工品，貯存過程應特殊注意，應與含硅化工品隔離存放。避免膠粘劑表面硅污染后，粘接強度下降問題。

6.3 材料性能驗證

膠粘劑制造過程受外部環境影響，每個批次性能各不相同，為提升產品性能的穩定性，需要對于每批次的產品進行伴隨試驗的檢測。

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，往往會引起粘接部件的粘接失效。選取輔助材料時，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生物質殘留，必須要求材料本身不與基材及化工產品發生反應。

7 粘接質量檢測

粘接過程屬于特殊過程，對于最終產品質量校驗需要進行破壞式的實驗，傳統的產品制造無法對特殊過程進行有意義的檢測。通過引入伴隨試驗，在部件粘接時，在同等條件下，采用同種工藝方案，制備小型粘接樣件，進行后續粘接強度等性能測試。測試結果同等時效反應產品的粘接性能，保障產品的粘接測試的可達性。

8 結語

通過對軌道客車頂復合材料板粘接工藝方法的研究，掌握了復合材料作為車體頂板的組裝方法。對于粘接產品質量的管控，從人、機、料、法、環、測等方面進行逐項的剖析，抓住質量控制要點，對癥下藥，采用合理的質量管控手段，提升粘接質量，保證產品安全，為在城市軌道交通運輸工具上通過粘接方式組裝輕質的復合材料提供了有效的方式及保障措施。

參考文獻

[1]王猛鐘，黃應昌. 膠粘劑應用手冊[M]. 北京：化工工業出版社，2003.

[2]張向宇. 膠粘劑分析與測試技術[M]. 北京：化學工業出版社，2004.

[3]顧繼友. 膠接理論與膠接基礎[M]. 北京：科學出版社，2003.

[4]肖京平，黃志祥，陳 立. 高速列車空氣動力學研究技術綜述[J]. 力學與實踐，2013，35（2）：1-10.

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