铁道车辆车窗胶粘剂应用技术研究

吴忠元

摘要:对车窗安装用胶粘剂特性进行了分析,介绍了目前在铁道车辆中的典型应用案例,分析比较了2种车窗安装形式,阐述了车窗安装采用粘接方式的技术控制要素。

    关键词:车窗;胶粘剂;聚硫胶;聚氨酯胶;控制要素

    中图分类号:TG494文献标识码:B文章编号:1001-5922(2008)05-0051-03
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7 I' O" ~- |% G' E2 f0 e    1前言
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# q, C2 }1 y# D* H" y    铁道部第6次大提速以来,随着列车速度不断提高,铁道车辆技术得到了不断发展与更新。胶接作为3大连接方式(机械连接、焊接和胶接)之一,因其优良的强度、弹性、水密性、气密性、隔音性及耐候性,正逐渐被应用到车窗的安装中。铁道车辆车窗玻璃是一种脆性材料,安装时不允许与框架直接接触,同时还要考虑玻璃与框架之间、框架与车体之间因温度变化、气动载荷而产生的变形,应采用一种弹性安装方式,而胶接方式正好符合车窗的这种安装要求。
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    但随着车速的提高,对这一技术使用的可控性提出了严格的要求。仅依赖于胶粘剂厂商提供的技术参数进行技术评判是远远不够的,必须结合胶粘剂在铁道车辆上的实际应用情况,形成一套铁道车辆专用的技术评价标准。本文根据已有的应用经验,对铁道车辆车窗胶粘技术进行了一些初步的探讨。

    2胶粘剂基本性能
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    车窗胶粘剂在施工之前一般为液态或膏状,施工后,湿气固化,形成粘接弹性体,起到固定车窗的作用。

$ I" p0 P* U. P* u+ }    车窗胶粘剂按组成主要分为:硅酮型、聚硫型、聚氨酯型、丙烯酸酯型、丁基橡胶型和丁苯橡胶型。建筑幕墙玻璃一般采用硅酮型结构密封胶,但在铁道车辆车窗的粘接中,因结构强度原因,主要采用聚硫型胶粘剂(聚硫胶)或聚氨酯型胶粘剂(聚氨酯胶)。

    车窗安装用聚硫胶是以液态聚硫橡胶为主要成分的非定形密封材料,一般为双组份,室温固化。车窗安装用聚氨酯胶一般采用单组分型或双组分型,室温固化。


2种胶粘剂性能对比见表1。

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2 e* [% h' H& t3 g9 N8 I    图1是不同剪切速率下,聚氨酯胶和聚硫胶黏度曲线的定性比较。聚氨酯胶在低剪切速率下有较高的黏度,但用抹板涂抹或用泵挤出时,其黏度较聚硫胶低。也就是说聚氨酯胶触变性比聚硫胶好,因而其工艺性较好。

3 B( i$ _0 [1 }4 ]7 E+ Y! I    另外,聚氨酯低温性能优异,弹性及弹性恢复性良好。
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    3车窗胶粘剂应用典型案例

* }3 q' p- f* X( k4 f2 z1 R    国内外铁道车辆应用的车窗胶粘剂最典型的有3种:

    1)Diabond3820改性聚硫胶,日本通用化成株式会社的产品,主要应用于新干线高速动车组。

# v* ?4 k( V# [1 U9 J/ R    2)BostikISR7008SMP聚氨酯胶,法国道达尔集团波士工业专用胶系列产品之一,专用于风挡玻璃及车窗的粘接密封,在欧洲汽车和轨道交通领域已经得到比较广泛的应用。

$ X8 @" z" w' `) w  ^+ b    3)Sikaflex-265聚氨酯胶,瑞士西卡公司为车窗玻璃粘接而设计的一种高性能、固化后具有弹性、可填缝的单组分聚氨酯胶粘剂。该胶在庞巴迪、阿尔斯通、西门子的轨道交通车辆上都有应用。

( l( p, `! C* ^4 y3 r图2
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3种胶粘剂的性能比较见表2。
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& L/ {8 ?- M) ?; X5 G. [. j- Y) N    4胶粘剂安装形式及技术优势

    4.1直接粘接形式

    如图2所示,可以将车窗玻璃直接粘接在车体上,该粘接方式受力面积大,应力分布均匀,密封性好,不像焊接、螺接或铆接那样存在局部应力集中。
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    4.2复合形式

9 r) \( K0 \5 ^  n3 p# v    车窗以前主要采用螺接的安装方式,虽然该方式存在点连接应力集中很大、疲劳强度低、密封性差等缺陷,但此方式具有丰富的操作经验,有较大的质量可靠性,车窗更换作业周期较短。因此,将螺接方式和胶接方式结合起来,可以取长补短,形成一种理想的连接形式。如图3所示。
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    5胶粘剂安装的技术控制要素
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    5.1胶粘剂的各项性能指标

% P) k/ `! ^9 f# t! x8 [$ ?0 D    车窗胶粘剂在汽车行业的应用中,主要评判以下指标:密度(g/cm3)、不挥发物含量(%)、表干时间(min)、固化速度(mm/48h)、压流黏度(g/min邵尔A硬度、拉伸强度(MPa)、扯断伸长率(%)、剪切强度(MPa)。

    铁道车辆胶粘剂应用与汽车应用类似,但根据车体以及车窗的结构和车辆实际运用环境,还应增加如下控制指标:耐老化性能、劈裂强度。

9 d/ O! P! W  I1 U. J    5.2胶缝宽、深度和粘接厚度的确定

9 S  F& ]( I! x    胶缝宽、深度和粘接厚度的确定,首先取决于安装形式。复合形式的安装强度,一般由螺接保证;直接粘接形式取决于粘接力是否满足车窗安装强度要求,在实用案例中,设计师输入车窗气动载荷和最大加速度后,很快就会发现理论计算的粘接力一般都有10以上的安全系数。因此,确定胶缝宽、深度和粘接厚度时,首先应考虑车体结构、车体制造误差和车窗制造误差。

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- T; i: L$ X. U5 T- u    根据实际应用经验,推荐胶缝宽、深度和粘接厚度如下(参见图2):

1 q% C% H8 @2 |/ m6 m# H% w4 Y# m) x    凹进深度p:p=e+a+g,其中,e为玻璃厚度;a为最小粘接厚度,a=5~6mm;g为平面公差,g=0.15%,l对于曲面玻璃为6mm;l为平面玻璃指最长边长度,曲面玻璃指最长弦长。
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    胶缝宽度b:最小取10mm;l<2m时,b=12mm;l>2m时,b=14mm。粘接宽度c:基于目前车窗玻璃的厚度一般小于25mm,c值一般取12~20mm.
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4 O: ]' J) }: l, g4 I4 c$ d    5.3粘接材料的相容性

    在车窗安装的应用中,胶粘剂接触的基材一般为玻璃、不锈钢、表面喷涂的耐候钢、铝合金、玻璃钢、丝网印刷涂料、中空玻璃和夹层玻璃的封边胶、PC板等,选胶时应考虑粘接材料的相容性。
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3 v' v# p' `% h    5.4粘接表面处理
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3 g/ z. i0 \/ K    车窗粘接的表面处理方法一般采用表面脱脂和涂底涂剂的方法。Diabond3820改性聚硫胶根据不同的粘接基材配套采用DiabondHP84+或DiabondHP109+表面处理剂;BostikISR7008SMP聚氨酯胶配套采用SimsonPrimerM表面处理剂;Sikaflex-265聚氨酯胶的表面处理较复杂,采用SikaActivator+si-kaprimer206G+P3种底涂。
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    5.5表面颜色处理

    由于车窗胶粘剂暴露在车厢外部,其颜色需要服从于车外美工。一般采用黑色,特殊情况下,可以通过胶粘剂自身颜色的调制和胶粘剂表面涂装2种方式来达到要求。胶粘剂自身颜色的调制需要咨询供应商,条件允许的情况下,最好事先进行样品试制。表面涂装需要提前验证油漆与胶粘剂的粘附性,防止油漆剥落。
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    6结束语

    胶粘剂在建筑、汽车领域应用已相当广泛,产品更新换代较快。在用于铁道车辆车窗安装时,建议首先对胶粘剂进行深入调研和试验验证,充分掌控胶粘剂的技术性能,方能更好、更有针对性地将其应用在轨道交通领域。

3 F2 _) C, Y/ {' o; K6 u    参考文献

    [1]师昌绪,李恒德,周廉.材料科学与工程手册[M].北京:化学工业出版社,2004.

    [2〗马眷荣,罗忆,刘忠伟.建筑玻璃应用技术[M].北京:化学工业出版社,2005.
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    [3〗阿默斯托克JS.建筑玻璃实用手册[M].王铁华译.北京:清华大学出版社,2004.