動車組膠黏劑在不同底材和表面狀態下的使用性能比較*

李 麗，李善文，楊愷君，王慧翠，李江江，汪 杰，宋 震

(1中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2 海洋化工研究院有限公司，山東 青島 266071)

根據中車青島四方機車車輛股份有限公司（以下簡稱中車公司）粘接體系（DIN 6701）要求以及工藝、質量管理的要求，同時結合中車公司產品結構平臺、材料、結構的復雜性，需要對不同產品、不同粘接接頭、粘接材料、基材、結構等都要進行大量的試驗。龐大的基礎試驗給粘接工藝設計、數據的管理等帶來了不便。為了便于系統進行粘接的相關試驗，為粘接工藝設計提供技術數據支持，開展粘接工藝設計及試驗研究。

使用STP 1921膠黏劑體系制作標準試驗樣件及模擬結構樣件，按照DIN 6701的要求，通過耐水、耐高溫、耐濕熱、耐低溫等試驗，考察STP 1921膠黏劑在不同底材上的粘接力，同時開始施涂底涂劑的平行試驗，考察不同環境下膠黏劑產品的服役性能。

1 試驗部分

1.1 試驗樣件制備工藝

制樣環境條件：23℃±2℃，50%±5% RH。

剪切樣件的制備：剪切強度測試樣件材質為鋁合金板材+8mm厚普通浮法玻璃；耐酸性、耐堿性試驗樣件材質為5mm厚普通浮法玻璃；剪切強度試樣膠層厚度（3±0.5）mm。試驗基板均經除油處理。按照GB/T 7124-2008要求制樣及試驗。下層基材為鋁合金，上層基材為玻璃。使用清潔布醮酒精擦拭玻璃和鋁合金板表面，單向多次擦拭后干燥10min，達到表面無灰塵、油污等污物殘留，鋁合金及玻璃面分別用毛刷刷涂底涂劑，晾干30min，然后涂打膠黏劑，膠層厚度控制（3±0.5）mm。

1.2 試驗設計

DIN 54457-2014中附錄A規定了如下循環老化試驗條件[1-3]：

（1）固化7天后，測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第一階段）；

（2）在20℃的全脫鹽水中存放7天，在室溫條件下調節2h后測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第二階段）；

（3）在80℃環境中存放1天，從烘箱中取出后直接測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第三階段）；

（4）在80℃環境中存放1天，從烘箱中取出后2h測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第四階段）；

（5）在70℃的飽和濕度下存放7天（即泥敷劑法），在室溫條件下調節2h測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第五階段）；

（6）在-40℃的環境中存放1天，取出后直接測試評價膠黏劑與底材的粘接性能（第六階段）。

每一個階段在相應的環境條件下放置后，分別在環氧底漆表面、聚氨酯面漆表面、不銹鋼表面、不銹鋼表面（打磨）、鋁表面、鋁表面（打磨）、酚醛玻璃鋼表面、酚醛玻璃鋼表面（打磨）、酚醛玻璃鋼膠衣、酚醛玻璃鋼膠衣（打磨）等10種不同的底材表面測試STP 1921的粘接性能。同時，做一組平行試驗，在10種底材表面先施涂1760底涂劑，然后再測試STP 1921的粘接性能。

2 結果與討論

STP 1921粘接體系在不同底材上的粘接試驗結果見表1。STP 1921粘接體系在不同底材（施加底涂劑）上的粘接試驗結果見表2。不同條件下的粘接狀態如圖1～圖10所示。

圖1 環氧底漆表面試驗前后的狀態Fig. 1 State of epoxy primer surface before and after test

圖2 聚氨酯漆表面試驗前后的狀態Fig. 2 State of polyurethane paint surface before and after test

圖3 不銹鋼表面試驗前后的狀態Fig. 3 Stainless steel surface before and after test

圖4 不銹鋼表面(打磨)試驗前后的狀態Fig. 4 State of stainless steel surface (grinding) before and after test

圖6 鋁表面(打磨 )試驗前后的狀態Fig. 6 State of aluminum surface (grinding) before and after test

圖7 酚醛玻璃鋼試驗前后的狀態Fig. 7 State of phenolic FRP before and after test

圖8 酚醛玻璃鋼(打磨)試驗前后的狀態Fig. 8 State of phenolic FRP (polished) before and after test

圖9 酚醛玻璃鋼膠衣試驗前后的狀態Fig. 9 State of phenolic FRP gelcoat before and after test

圖10 酚醛玻璃鋼膠衣(打磨)試驗前后的狀態Fig. 10 State of phenolic FRP gelcoat (grinding) before and after test

表1 STP 1921粘接體系在不同底材上的粘接試驗結果Table 1 Bonding test results of STP 1921 bonding system on diff erent substrates

表2 STP 1921粘接體系在不同底材(施加底涂劑)上的粘接試驗結果Table 2 Bonding test results of STP 1921 bonding system on different substrates (with substrate coating)

綜合分析表1、表2和圖1～圖10，可以看出：

環氧底漆表面+STP 1921粘接體系在耐水試驗后出現80%的粘附破壞，耐高溫試驗后粘接破壞形式恢復100%CF，該體系的耐水性較差，經過高溫試驗后滲入的水蒸發，粘接力恢復；經過70℃飽和濕度試驗后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失，低溫試驗后膠條同樣失去粘接力。該粘接體系的耐水、耐濕熱性、耐低溫性未能通過測試。環氧底漆表面+1760底涂劑+STP 1921粘接體系在耐水及高溫試驗后粘接破壞形式為100%CF，粘接良好；經過70℃飽和濕度試驗后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失；低溫試驗后該體系的破壞為100%粘附破壞。該粘接體系的耐濕熱性、耐低溫性未能通過測試。

聚氨酯面漆+STP 1921粘接體系在耐水及耐高溫試驗后粘接破壞形式為100%CF；經過70℃飽和濕度和低溫試驗后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失。聚氨酯面漆+1760底涂劑+STP 1921粘接體系在循環老化試驗后破壞形式均為100%膠黏劑內聚破壞，粘接力良好，在耐濕熱試驗后聚氨酯面漆出現從底材脫落情況，但仍與STP 1921膠黏劑有良好的粘接力，該體系通過循環老化測試。1760底涂劑的使用對該粘接體系的耐濕熱性能和耐低溫性能有顯著提升。

不銹鋼表面和不銹鋼表面（打磨）與STP 1921 2種粘接體系在循環老化試驗后破壞形式均為100%膠黏劑內聚破壞，粘接力良好。使用底涂劑后，兩個粘接體系也通過了循環老化試驗，STP 1921膠黏劑在不銹鋼表面具有良好的粘接力。

鋁表面+STP 1921粘接體系在耐水、耐高溫試驗后破壞形式為100%膠黏劑內聚破壞，但經過濕熱和耐低溫試驗后大部分膠黏劑能直接從鋁表面上揭下。鋁表面（打磨）+STP 1921粘接體系經過經過濕熱和耐低溫試驗后，相比鋁表面，膠黏劑更容易從表面揭下，粘接力基本喪失。增加底涂劑后，鋁表面+STP 1921粘接體系在整個循環試驗過程中，粘接破壞形式均為100%CF，粘接力顯著提升。鋁表面（打磨）+STP 1921粘接體系經過濕熱和耐低溫試驗后，膠黏劑破壞形式接近100%AF，粘接力下降。打磨處理會降低粘接體系的粘接性能。

酚醛環氧玻璃鋼+STP 1921粘接體系耐水后可直接從底材表面上揭下，粘接力喪失；高溫試驗、濕熱試驗和耐低溫試驗后，破壞形式恢復為100%CF，粘接力提升。打磨后，粘接體系破壞形式為100%AF，粘接力喪失。增加底涂劑后，粘接體系的粘接性能和不施加底涂劑的表現基本一致。打磨處理會降低粘接體系的粘接性能。

酚醛環氧玻璃鋼膠衣+STP 1921粘接體系，濕熱試驗后，膠黏劑破壞形式為100%AF，膠黏劑可直接從底材表面上揭下，粘接性能降低；耐低溫試驗后，粘接體系又能達到100%膠黏劑內聚破壞，粘接性能恢復。增加底涂劑或打磨底材表面不影響粘接體系的粘接力。

3 結論

沒有施加底涂劑的STP 1921膠黏劑粘接體系，應用于不銹鋼表面時，通過了全部條件下的粘接性能試驗，其在不銹鋼底材上使用性能優異。施加底涂劑的STP 1921膠黏劑粘接體系中，應用于聚氨酯面漆和不銹鋼表面時，通過了耐水、耐熱、耐濕熱、耐低溫性能等試驗，在這4種環境中使用性能優異；該體系在環氧底漆表面、聚氨酯面漆、鋁表面、鋁表面（打磨）、酚醛玻璃鋼、酚醛玻璃鋼（打磨）、酚醛玻璃鋼膠衣表面的耐濕熱性能和耐低溫性能較差，不建議應用于高溫、高濕及低溫地區運行環境。