地鐵車輛保溫棉固定釘粘接優(yōu)化試驗研究

劉 寧，姚騰達，劉暉霞

(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

為了提高地鐵車輛保溫效果，通常會在鋁合金車體頂蓋、側(cè)墻、端墻內(nèi)壁上敷設(shè)保溫棉，保溫棉使用粘貼在車體上的固定釘進行固定，固定釘一般為不銹鋼材質(zhì)。先用泡棉雙面膠帶將固定釘粘接在車體內(nèi)壁上，然后再在固定釘?shù)乃闹苁┐蚰z進行二次強化。

目前保溫棉固定釘粘接存在的主要問題：一是作業(yè)勞動強度大、生產(chǎn)效率低，每節(jié)地鐵車輛使用的固定釘數(shù)量都在1 000件以上，需要4人花費4 h才能完成一節(jié)車固定釘粘貼;二是二次強化固定用膠量大、成本高，經(jīng)核算每節(jié)車需要10～12組膠粘劑。

為了降低作業(yè)勞動強度和生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，本文試圖通過對保溫棉固定釘粘接進行優(yōu)化試驗研究，找到一種既能增強保溫棉固定釘?shù)恼辰訌姸龋挚梢詼p少或取消二次強化固定用膠的方案，為后續(xù)地鐵車輛設(shè)計提供參考。

1 試驗研究

頂部保溫棉固定釘承受的主要是拉伸力，側(cè)部保溫棉固定釘主要承受的是剪切力。因此，本文主要對固定釘粘接用雙面膠帶的拉伸剪切性能進行優(yōu)化。保溫棉固定釘粘接如圖1所示。

圖1 保溫棉固定釘粘接示意圖

1.1 試驗材料選型

通過對市場上雙面膠帶的調(diào)研和與供貨廠家進行技術(shù)交流，選取了3個品牌的雙面膠帶進行粘接性能試驗研究。

1.2 拉伸剪切試驗

試驗樣件按照車體表面噴涂底漆和不噴涂底漆2種情況進行制作，拉伸剪切試驗在常溫條件下進行，試驗結(jié)果見表1。為了更好地模擬實際應(yīng)用情況，試樣粘接大小及面積按照實際情況制作。拉伸剪切試驗如圖2所示。

圖2 拉伸剪切試驗示意圖

表1 拉伸試驗結(jié)果

1.3 高低溫老化試驗

為了確保優(yōu)化后的保溫棉固定釘在高低溫交替環(huán)境下能夠粘接牢固、不脫落，需要對試樣在高低溫老化后進行拉伸剪切試驗。高低溫老化要求：①在30 min內(nèi)將溫度從室溫升高到(70℃±2℃)。②暴露在溫度為(70℃±2℃)且相對濕度不低于90%的環(huán)境5 h±20 min。③在(60±20)min將溫度改為(-40℃±3℃)并維持5 h±20 min。 ④在(60±20) min將溫度升高到(70℃±2℃)。老化周期為28 d，循環(huán)結(jié)束時，在60 min內(nèi)將④中的條件調(diào)整為(23℃±2℃)和(50%±5%)相對濕度，并保持此條件4 h。高低溫老化后進行拉伸剪切試驗，結(jié)果如表2所示。

表2 高低溫老化試驗結(jié)果

1.4 高溫、高濕老化試驗

為了充分驗證優(yōu)化后的保溫棉固定釘粘接能夠持久牢固，需要在高溫、高濕老化后進行剝離強度試驗(見圖3)，試驗結(jié)果如表3所示。

圖3 剝離試驗示意圖

表3 高溫高濕老化剝離試驗結(jié)果

續(xù)表3

1.5 高溫條件下拉伸試驗

由于地鐵車輛頂部會長時間受高溫影響(持續(xù)60℃高溫)，雙面膠帶在高溫條件下容易衰變，從而使粘接強度下降導(dǎo)致固定釘脫落。因此，有必要進行高溫條件下拉伸試驗(見圖4)。試驗條件：樣件在140℃高溫條件下持續(xù)1 h，然后再進行拉伸試驗，試驗結(jié)果如表4所示。

圖4 拉伸試驗樣件

表4 高溫條件下拉伸試驗結(jié)果

2 試驗結(jié)果分析

1)根據(jù)常溫條件下雙面膠帶拉伸剪切試驗結(jié)果，破壞載荷在737～1 482 N，原泡棉雙面膠帶破壞載荷僅為209.58 N，優(yōu)化后保溫棉固定釘用雙面膠帶的粘接性能較原來提高了3.5～7倍。

2)根據(jù)高低溫老化拉伸剪切試驗結(jié)果，所選用的3種品牌雙面膠帶的破壞載荷在771～1 450 N，與常溫條件下的拉伸剪切試驗結(jié)果基本無差別，即雙面膠帶高低溫老化后粘接性能基本無變化。

3)根據(jù)高溫高濕老化后剝離試驗結(jié)果，產(chǎn)品B和產(chǎn)品C的剝離強度均在200 N/cm以上，產(chǎn)品A剝離強度較產(chǎn)品B和產(chǎn)品C差別很大，建議不選用產(chǎn)品A。

4)根據(jù)高溫條件下拉伸試驗結(jié)果，產(chǎn)品B和產(chǎn)品C的粘接性能下降很大，在高溫條件下存在掉落風(fēng)險，建議在固定釘四周施打膠進行二次強化以避免脫落風(fēng)險。

3 結(jié)語

通過對選用的雙面膠帶進行常溫條件下拉伸試驗、高低溫老化試驗、高溫、高濕老化試驗，以及高溫條件下拉伸試驗研究，驗證了車體側(cè)墻和端墻可以直接使用雙面膠帶將保溫棉固定釘粘貼在車體上，不需要再在固定釘四周施打膠進行二次強化，降低了作業(yè)勞動強度和生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

由于車體頂蓋使用條件存在一定的特殊性，建議頂蓋使用優(yōu)化后雙面膠帶粘貼后再在固定釘四周施打膠進行二次強化。優(yōu)化后的保溫棉固定釘粘接二次強化用膠量減少了4～5組。目前，優(yōu)化后的保溫棉固定釘粘接方案已在多個城市地鐵車輛上應(yīng)用，使用效果良好，可以在動車組、有軌電車、磁懸浮等車輛上推廣應(yīng)用。