鐵道部第6次大提速以來,隨著列車速度不斷提高,鐵道車輛技術(shù)得到了不斷發(fā)展與更新。膠接作為3大連接方式(機械連接、焊接和膠接)之一,因其優(yōu)良的強度、彈性、水密性、氣密性、隔音性及耐候性,正逐漸被應(yīng)用到車窗的安裝中。鐵道車輛車窗玻璃是一種脆性材料,安裝時不允許與框架直接接觸,同時還要考慮玻璃與框架之間、框架與車體之間因溫度變化、氣動載荷而產(chǎn)生的變形,應(yīng)采用一種彈性安裝方式,而膠接方式正好符合車窗的這種安裝要求。

但隨著車速的提高,對這一技術(shù)使用的可控性提出了嚴(yán)格的要求。僅依賴于seline; word-break: break-all; cursor: pointer;">膠粘劑廠商提供的技術(shù)參數(shù)進行技術(shù)評判是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須結(jié)合膠粘劑在鐵道車輛上的實際應(yīng)用情況,形成一套鐵道車輛專用的技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)已有的應(yīng)用經(jīng)驗,對鐵道車輛車窗膠粘技術(shù)進行了一些初步的探討。

2膠粘劑基本性能

車窗膠粘劑在施工之前一般為液態(tài)或膏狀,施工后,濕氣固化,形成粘接彈性體,起到固定車窗的作用。

車窗膠粘劑按組成主要分為:硅酮型、聚硫型、聚氨酯型、丙烯酸酯型、丁基橡膠型和丁苯橡膠型。建筑幕墻玻璃一般采用硅酮型結(jié)構(gòu)密封膠,但在鐵道車輛車窗的粘接中,因結(jié)構(gòu)強度原因,主要采用聚硫型膠粘劑(聚硫膠)或聚氨酯型膠粘劑(聚氨酯膠)。

車窗安裝用聚硫膠是以液態(tài)聚硫橡膠為主要成分的非定形密封材料,一般為雙組份,室溫固化。車窗安裝用聚氨酯膠一般采用單組分型或雙組分型,室溫固化。

2種膠粘劑性能對比見表1。

圖1是不同剪切速率下,聚氨酯膠和聚硫膠黏度曲線的定性比較。聚氨酯膠在低剪切速率下有較高的黏度,但用抹板涂抹或用泵擠出時,其黏度較聚硫膠低。也就是說聚氨酯膠觸變性比聚硫膠好,因而其工藝性較好。

另外,聚氨酯低溫性能優(yōu)異,彈性及彈性恢復(fù)性良好。

3車窗膠粘劑應(yīng)用典型案例

國內(nèi)外鐵道車輛應(yīng)用的車窗膠粘劑典型的有3種:

1)Diabond3820改性聚硫膠,日本通用化成株式會社的產(chǎn)品,主要應(yīng)用于新干線高速動車組。

2)BostikISR7008SMP聚氨酯膠,法國道達爾集團波士工業(yè)專用膠系列產(chǎn)品之一,專用于風(fēng)擋玻璃及車窗的粘接密封,在歐洲汽車和軌道交通領(lǐng)域已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用。

3)Sikaflex-265聚氨酯膠,瑞士西卡公司為車窗玻璃粘接而設(shè)計的一種高性能、固化后具有彈性、可填縫的單組分聚氨酯膠粘劑。該膠在龐巴迪、阿爾斯通、西門子的軌道交通車輛上都有應(yīng)用。

3種膠粘劑的性能比較見表2。

圖2

4膠粘劑安裝形式及技術(shù)優(yōu)勢

4.1直接粘接形式

如圖2所示,可以將車窗玻璃直接粘接在車體上,該粘接方式受力面積大,應(yīng)力分布均勻,密封性好,不像焊接、螺接或鉚接那樣存在局部應(yīng)力集中。

4.2復(fù)合形式

車窗以前主要采用螺接的安裝方式,雖然該方式存在點連接應(yīng)力集中很大、疲勞強度低、密封性差等缺陷,但此方式具有豐富的操作經(jīng)驗,有較大的質(zhì)量可靠性,車窗更換作業(yè)周期較短。因此,將螺接方式和膠接方式結(jié)合起來,可以取長補短,形成一種理想的連接形式。如圖3所示。

5膠粘劑安裝的技術(shù)控制要素

5.1膠粘劑的各項性能指標(biāo)

車窗膠粘劑在汽車行業(yè)的應(yīng)用中,主要評判以下指標(biāo):密度(g/cm3)、不揮發(fā)物含量(%)、表干時間(min)、固化速度(mm/48h)、壓流黏度(g/min邵爾A硬度、拉伸強度(MPa)、扯斷伸長率(%)、剪切強度(MPa)。

鐵道車輛膠粘劑應(yīng)用與汽車應(yīng)用類似,但根據(jù)車體以及車窗的結(jié)構(gòu)和車輛實際運用環(huán)境,還應(yīng)增加如下控制指標(biāo):耐老化性能、劈裂強度。

5.2膠縫寬、深度和粘接厚度的確定

膠縫寬、深度和粘接厚度的確定,首先取決于安裝形式。復(fù)合形式的安裝強度,一般由螺接保證;直接粘接形式取決于粘接力是否滿足車窗安裝強度要求,在實用案例中,設(shè)計師輸入車窗氣動載荷和大加速度后,很快就會發(fā)現(xiàn)理論計算的粘接力一般都有10以上的安全系數(shù)。因此,確定膠縫寬、深度和粘接厚度時,首先應(yīng)考慮車體結(jié)構(gòu)、車體制造誤差和車窗制造誤差。

根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗,推薦膠縫寬、深度和粘接厚度如下(參見圖2):

凹進深度p:p=e+a+g,其中,e為玻璃厚度;a為小粘接厚度,a=5~6mm;g為平面公差,g=0.15%,l對于曲面玻璃為6mm;l為平面玻璃指長邊長度,曲面玻璃指長弦長。

膠縫寬度b:小取10mm;l<2m時,b=12mm;l>2m時,b=14mm。粘接寬度c:基于目前車窗玻璃的厚度一般小于25mm,c值一般取12~20mm.

5.3粘接材料的相容性

在車窗安裝的應(yīng)用中,膠粘劑接觸的基材一般為玻璃、不銹鋼、表面噴涂的耐候鋼、鋁合金、玻璃鋼、絲網(wǎng)印刷涂料、中空玻璃和夾層玻璃的封邊膠、PC板等,選膠時應(yīng)考慮粘接材料的相容性。

5.4粘接表面處理

車窗粘接的表面處理方法一般采用表面脫脂和涂底涂劑的方法。Diabond3820改性聚硫膠根據(jù)不同的粘接基材配套采用DiabondHP84+或DiabondHP109+表面處理劑;BostikISR7008SMP聚氨酯膠配套采用SimsonPrimerM表面處理劑;Sikaflex-265聚氨酯膠的表面處理較復(fù)雜,采用SikaActivator+si-kaprimer206G+P3種底涂。

5.5表面顏色處理

由于車窗膠粘劑暴露在車廂外部,其顏色需要服從于車外美工。一般采用黑色,特殊情況下,可以通過膠粘劑自身顏色的調(diào)制和膠粘劑表面涂裝2種方式來達到要求。膠粘劑自身顏色的調(diào)制需要咨詢供應(yīng)商,條件允許的情況下,好事先進行樣品試制。表面涂裝需要提前驗證油漆與膠粘劑的粘附性,防止油漆剝落。

6結(jié)束語

膠粘劑在建筑、汽車領(lǐng)域應(yīng)用已相當(dāng)廣泛,產(chǎn)品更新?lián)Q代較快。在用于鐵道車輛車窗安裝時,建議首先對膠粘劑進行深入調(diào)研和試驗驗證,充分掌控膠粘劑的技術(shù)性能,方能更好、更有針對性地將其應(yīng)用在軌道交通領(lǐng)域。