橡膠地板布與密封膠的粘接工藝研究

饒勇高，毛幸福

（中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001）

根據某項目車輛在現場運營一段時間后，發現內裝（底部不銹鋼）及地板布與密封膠存在脫膠和翻邊的情況，結合現場實物進行分析，主要原因集中在膠黏劑與地板布的匹配性、地板布表面處理方式等。其中不同地板布表面的溢出物以及內部添加物不同，不同類型的膠黏劑的活性基團與地板布材質表面基團無法進行有效穩定的連接[1]。為進一步驗證粘接工藝與密封膠選型的可靠性，并有效指導返工，對相關膠粘劑的粘附性能進行驗證研究。

1 機理及驗證

膠黏劑從成分可分為有機膠黏劑、無機膠黏劑等類型，在固化機理又可分為物理固化、化學固化等。膠黏劑與基材之間的反應機理也存在多種情況[2]。

機理通常分為機械理論、吸附理論、擴散理論、靜電理論以及弱邊界層理論。不同理論的機理其達到的效果不盡相同。

從機械理論的角度出發認為，膠黏劑出來后通過自身粘度與流淌性，流入基材表面的微觀空隙中，把同時擠出內部的氣體，形成良好的平面以滿足粘接的條件[3]。同時形成機械嵌定作用，使得膠黏劑及基材之間形成較好的受力，實現提高粘接強度的效果。

從吸附理論的角度出發，粘接是使用膠黏劑將兩種基材進行粘接結合，膠黏劑與基材之間的界面會產生貼合，貼合的效果我們通常以潤濕形容，不同基材的表面界面呈現不同的表面張力，實驗一致認為膠粘劑的表面張力應小于基材的臨界表面張力，膠黏劑就可以浸入基材表面形成良好潤濕。良好潤濕是粘接的必要條件。

從擴散理論的角度出發，基材與膠黏劑之間的粘接力是膠黏劑及基材在界面產生分子擴散形成的。當然基本只有基材為長鏈條聚合物等非金屬材料，分子擴散的可能性才較為明顯。

從靜電理論的角度出發，膠黏劑與基材界面的粘附力是通過界面的分子之間產生的靜電力所形成的，不同實驗也論證過基材表面存在電荷之間的轉移，生產不同的化學鍵或者電極，從而形成穩固的粘附力達到良好粘接效果。

粘接接頭的粘接力主要分為內聚力和黏附力，其中內聚力主要集中在基材材料內，屬于材料本身特性。黏附力為基材之間的界面產生的作用力[4]。一種粘接接頭失效模式的產生的發生基本可以鎖定在界面層，黏附力低于設計接頭強度要求，導致出現脫膠、開裂、孔洞等缺陷。

1.試驗項點：（1）驗證公司目前常用的三款密封膠西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、廣研930（灰）與某地鐵項目地板布粘附性能試驗。（2）驗證卡瑞得166R 膠粘劑（供應商提供）與地板布、不銹鋼板、西卡221（灰）的粘附性能試驗。

2.試驗方案：（1）試驗方案1：地板布分別采用三種膠粘劑匹配的清潔劑進行表面處理。（2）試驗方案2：在方案1 基礎上，地板布在清潔前增加打磨的表面處理。（3）試驗方案3：在方案1 基礎上，地板布在清潔前增加地板布供應商提供的除蠟水進行表面處理。（4）試驗方案4：地板布采用卡瑞得166R 進行密封，采用卡瑞得配套的清潔劑進行表面處理。考慮到后續返工工程中可能存在西卡221 局部清除不徹底和粘接接頭另一側基材為不銹鋼踢腳線的情況，同時驗證卡瑞得166R 與不銹鋼板、西卡221（灰）的粘附性能。同時考慮到打磨工序在操作執行過程中存在易造成地板布表面有打磨痕跡、引起膠縫有毛刺等現象，此次驗證不增加打磨工序。

3.試驗工具、設備：氣動注膠槍、美工刀、80目砂紙。

4.試驗標準：室溫固化7 天，DIN EN 54457 標準進行剝離試驗。

5.試驗地點：車間、計量理化部（溫濕度在15°～35°，30%～70%范疇）。

6.試驗及測試人員：設計、工藝、質量、一線作業員工等。

7.試驗及測試時間：2021.06-2021.08。

2 試驗記錄及結論

2.1 試驗過程記錄

2.1.1 試驗材料及環境信息具體如表1 所示。

表1 試驗基材及環境信息

2.1.2 試驗條件及標準室溫固化7 天，DIN EN 54457 標準進行剝離試驗。

2.1.3 試驗方法

試驗項點1：三種地板布僅進行異丙醇清潔，西卡221 采用AK-100 處理表面，其余不處理，三種地板布基材不進行表面打磨處理，粘接三種密封膠。

試驗項點2：三種地板布僅進行異丙醇清潔，西卡221 采用AK-100 處理表面，其余不處理，三種地板布基材均進行表面打磨處理，粘接三種密封膠。

試驗項點3：三種地板布僅進行異丙醇、除蠟水同時清潔，西卡221 采用AK-100 處理表面，其余不處理，三種地板布基材均進行表面打磨處理，粘接三種密封膠。

試驗項點4：地板布、不銹鋼基材進行C-95、C-96清洗劑清潔與表面活化處理，粘接卡瑞德166R 密封膠（見表2）。

表2 采用C-95 清洗劑及C-96 活化劑測試記錄

2.2 試驗結論

2.2.1 試驗項點1

試驗結果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、廣研930（灰）與地板布之間粘接效果均不滿意，試驗結果代碼4。

2.2.2 試驗項點2

試驗結果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、廣研930（灰）與地板布之間粘接效果均不滿意，試驗結果代碼3。增加打磨工序，地板布粘接效果略有提升，但地板布密封處增加打磨工序易造成地板布表面有打磨痕跡、易引起膠縫有毛刺。

2.2.3 試驗項點3

試驗結果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、廣研930（灰）與地板布之間粘接效果均不滿意。西卡221（灰）試驗結果代碼3，波士7003sskf（灰）、廣研930（灰）試驗結果代碼4。

2.2.4 試驗項點4

試驗結果表明，卡瑞得166R 不銹鋼板、西卡221膠之間粘接效果滿意。試驗結果代碼1。卡瑞得166R與地板布之間粘接效果基本滿意。試驗結果代碼2。

3 驗證分析

結合試驗數據分析，對基材表面打磨處理后的效果比未打磨的效果提升較大。

粘接材料及其表面是多種多樣的。有金屬材料也有非金屬材料；材料表面也會因不同污染物造成污染；基材表面微觀結構也存在光滑、粗糙甚至密制多孔等情況；從材料熱力學角度考慮，所有基材表面的表面能和表面張力各不一致；從材料成分及活性程度角度考慮，基材表面的分子團、活性基團均不一致，其活性的程度也不一致；所以基材表面的處理方式以及處理效果程度非常影響粘接強度。通俗來說更多的主要體現在表面清潔程度、表面粗糙程度以及表面化學活性結構等三個方面。

3.1 表面清潔度

所有需粘接的材料若要實現較好的粘接效果，首先就需要實現基材表面的良好潤濕及其清潔效果[5]。不同材料的潤濕主要和基材的屬性關聯較大，如基材表面張力、基材表面能。所以在基材形成粘接之前，需要對膠黏劑及基材的表面能進行測定或確定。選擇的膠黏劑的表面能需低于所粘接的基材。同時不同基材表面在成型后，受到空氣的污染、轉運污染、存放污染等環節，造成基材表面產生不同的污染面，良好的處理方式將污染面進行清理，才可以形成良好的潤濕。表面處理尤其重要，可以采用化學處理如異丙醇、丙酮等溶劑清潔脫脂，也可以采用砂紙、刀具切割等物理方法處理。要得到良好的粘接強度，粘接材料表面的接觸角應當很小甚至為零。

3.2 表面粗糙度

粘接材料表面糙化之所以會提高粘接強度，首先，基材表面良好的粗糙化可以讓表面得到良好的凈化，無明顯的異物殘存在基材表面；其次，處理后的表面粗糙度較為平整，是一個全新的基材表面層，呈現出一個嶄新的基材活性表面；最后，基材表面粗糙度的不同會讓其形成的機械嵌入作用效果不一致，考慮到膠黏劑本身的粘度及其流淌性，表面的粗糙孔洞會影響其膠黏劑的流入，從而影響機械互鎖等作用效果，從而影響粘接強度。

3.3 表面化學活性結構

所有材料表面均有不同程度的活性，只是在相對的情況下出現高低不同，基材內部的化學成分組成屬于基材的特定屬性，會直接因材料成分而決定，基材的表面化學活性結構一般可稱為活性基團，在非金屬材料中尤為明顯。不同活性基團帶有不同的分子及原子、電荷等因子，可以通過不同化學反應、電荷轉移等方式形成不同的化學鍵、電極飽和態等，也可以改變基材表面的基團，從而在界面形成不同程度的粘附力。

地板布基本材質屬于非金屬材料，如橡膠、PVC 等。在滿足柔韌性、防火、耐臟等方面，在地板布中加入多種添加劑、阻燃劑，整體成型后表面會進行封蠟等處理，同時內部添加劑滲透至表面行程隔離層。采用簡單的清潔劑無法有效清理，且基材表明凹陷中已被多種添加劑等填滿，表面整體粗糙度不均勻，無法形成有效的粘接。打磨可以通過物理手段將地板布表面殘留污漬統一清理，且將表面粗糙度獲得良好的均勻分布。膠黏劑的潤濕可以得到充分實現，得到良好的粘接效果。

4 結語

通過系列試驗結果數據表明，地板布表面處理及密封膠選型、表面處理劑等因素會對密封效果產生直接影響。不同地板布與密封膠的地板布表面進行粘接密封時，采用砂紙打磨可以有效提升粘附性能；由于不同地板布表面含有不同成分的添加劑（主要以防護蠟為主），后續項目地板布進行施工設計前，均需提前完成地板布與密封膠粘附性能試驗，以滿足批量生產。

整體的施工工藝應是“清潔—打磨—清潔—表面處理—注膠—刮膠—固化”，地板布表面進行密封作業時采用除蠟水進行處理，或采用密封膠及其表面配套處理劑進行處理，可以獲得良好、穩定的粘接效果。