轨道客车行业粘接强度浅析

轨道客车行业粘接强度浅析

张汝鹏 马智超 胡松岩

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林省长春市  130062

摘要：随着轨道客车行业的发展，胶粘剂在轨道客车上的应用也日益广泛，不仅在车体用胶、内饰用胶、车窗用胶及某些密封结构均可见到胶粘剂的应用，在很多连接结构中也可以看到胶粘剂的身影。胶粘剂的粘接强度是评价胶粘剂质量的重要指标之一，粘接强度根据胶粘剂在使用中的受力情况通常可分为剪切强度，拉伸强度，剥离强度和冲击强度等，对这些粘接强度的检测与评价具有至关重要的意义。

一.胶粘剂在轨道客车的应用

随着车辆技术的发展和环保理念的根植，胶粘剂在轨道交通领域的应用也日益广泛，不仅提供了高效的连接配合方案，也满足了零部件的轻量化、环保和经济性的需求。下面先简要介绍轨道客车胶粘剂的应用：

1.车体用胶

在部分低地板车辆项目中，受车辆空间限制，车身蒙皮（含：车顶板、外墙板等）往往采用粘接结构，即选用铝蜂窝复合板材作为车辆组件进行粘接，取代螺栓连接形式固定于车体框架上。

2.焊缝密封胶

主要用于车体焊缝的密封与保护，具有优良的水密性、耐冲击性和挠曲性，固化后的体积收缩率低，能与多种材质良好地粘接，也为后续的油漆施工提供良好的基础。

3.阻尼浆类胶粘剂

多用于车辆底架区域，胶料以沥青作为主体材料，具有良好的隔声、隔热和耐腐蚀性，施工简便但对操作者的健康或有一定的负面影响。

4.地板粘接用胶

成分多为双组份聚氨酯结构胶，具有较高的粘接强度和良好的阻尼隔热性能，适用于各种材质的地板材料粘接，如实木、铝、不锈钢等。

5.卫生间粘接与密封

需使用具有良好粘接力和密封性的胶粘剂，以确保卫生间或洗手间部件的牢固性及水密性，主要起到固定、防水和装饰作用。

6.车窗安装用胶

车窗粘接所用胶粘剂，需根据不同的粘接基材配套使用适宜的清洁剂、活化剂和底涂剂，以确保窗玻璃与其他材质之间的牢固性和密封性。

7.车内密封及电器件密封

主要应用于车辆内部组件的密封及电器件隔绝，这类胶粘剂除了要有良好的密封性外，通常要求具有良好的耐候性、抗老化性、防火性及环保性等特点，从而保证车辆整体的安全性和环保性。

此外，随着用户对轨道交通设备轻量化的关注度提升，胶粘技术为实现轻量化这一目标提供了可能，其通过使用高性能的胶粘剂来替代部分传统的螺栓、焊接等连接方式，可在较大程度上降低车辆自重、提高能效的效果。

综上所述，胶粘剂在轨道客车中的应用是多方面的，从车身到内饰、再到具体部件的安装，胶粘剂都扮演着重要的角色。未来，随着轨道客车技术的进一步发展，胶粘技术在轨道交通领域的应用也将会更加广泛和深入，特别是在轻量化和环保方面有着巨大的潜力。

二、粘接强度的相关理论

1.粘接强度的定义

粘接强度是指在外力作用下，使胶粘件中的胶粘剂与被粘物界面或其邻近处发生破坏所需要的应力，粘接强度又称为胶接强度。
    粘接强度是胶粘体系破坏时所需要的应力，其大小不仅取决于粘合力、胶粘剂的力学性能、被粘物的性质、粘接工艺，而且还与接头形式、受力情况(如：种类、大小、方向、频率等)、环境因素(如：温度、湿度、压力、介质等)和测试条件、实验技术等有关。由此可见，粘合力只是决定粘接强度的重要因素之一，所以粘接强度和粘合力是两个意义完全不同的概念，在实际工作和研究中不应混淆。
2.粘接接头的受力形式
    粘接接头在外力作用下胶层所受到的力，可以归纳为剪切、拉伸、不均匀扯离和剥离4种形式。

2.1剪切

外力大小相等、方向相反，基本与粘接面平行，并均匀分布在整个粘接面上。

2.2拉伸

亦称均匀扯离，受到方向相反拉力的作用，垂直于粘接面，并均匀分布在整个粘接面上。

2.3不均匀扯离

也叫劈裂，外力作用的方向虽然也垂直于粘接面，但是分布不均匀。

2.4剥离

外力作用的方向与粘接面成一定角度，基本分布在粘接面的一条直线上上述4种力，在同一胶粘体系中很有可能有几种力同时存在，只是何者为主的问题。

3.粘接强度的分类

根据粘接接头受力情况不同，粘接强度具体可以分为剪切强度、拉伸强度、不均匀扯离强度、剥离强度、压缩强度、冲击强度、弯曲强度、扭转强度、疲劳强度、抗蠕变强度等。

3.1剪切强度

剪切强度是指粘接件破坏时，单位粘接面所能承受的剪切力，其单位用兆帕(MPa)表示。剪切强度按测试时的受力方式又分为拉伸剪切、压缩剪切、扭转剪切和弯曲剪切强度等。

不同性能的胶粘剂，剪切强度亦不同，在一般情况下，韧性胶粘剂比柔性胶粘剂的剪切强度大。大量试验表明，胶层厚度越薄，剪切强度越高。

测试条件影响最大的是环境温度和试验速度，随着温度升高剪切强度下降，随着试验速度的减慢剪切强度降低，这说明温度和速度具有等效关系，即提高测试温度相当于降低加载速度。

3.2拉伸强度

拉伸强度又称均匀扯离强度、正拉强度，是指粘接受力破坏时，单位面积所承受的拉伸力，单位用兆帕(MPa)表示。因为拉伸比剪切受力均匀得多，所以一般胶粘剂的拉伸强度都比剪切强度高得很多。在实际测定时，试件在外力作用下，由于胶粘剂的变形比被粘物大，加之外力作用的不同轴性，很可能产生剪切，也会有横向压缩，因此，在扯断时就可能出现同时断裂。若能增加试样的长度和减小粘接面积，便可降低扯断时剥离的影响，使应力作用分布更为均匀。弹性模量、胶层厚度、试验温度和加载速度对拉伸强度的影响基本与剪切强度相似。

3.3剥离强度

剥离强度是在规定的剥离条件下，使粘接件分离时单位宽度所能承受的最大载荷，其单位用kN/m表示。剥离的形式多种多样，一般可分为L型剥离、U型剥离、T型剥离和曲面剥离。

随着剥离角的改变，剥离形式也变化。当剥离角小于或等于90°时为L型剥离，大于90°或等于180°时为U型剥离。这两种形式适合于刚性材料和挠性材料粘接的剥离。T型剥离用于两种挠性材料粘接时的剥离。剥离强度受试件宽度和厚度、胶层厚度、剥离强度、剥离角度等因素影响。

3.4不均匀扯离强度

不均匀扯离强度表示粘接接头受到不均匀扯离力作用时所能承受的最大载荷，因为载荷多集中于胶层的两个边缘或一个边缘上，故是单位长度而不是单位面积受力，单位是kN/㎡。

3.5冲击强度

冲击强度意指粘接件承受冲击载荷而破坏时，单位粘接面积所消耗的最大功，单位为kJ/m2。按照接头形式和受力方式的不同，冲击强度又分为弯曲冲击、压缩剪切冲击、拉伸剪切冲击、扭转剪切冲击和T型剥离冲击强度等。

冲击强度的大小受胶粘剂韧性、胶层厚度、被粘物种类、试件尺寸、冲击角度、环境湿度、测试温度等影响。胶粘剂的韧性越好，冲击强度越高。当胶粘剂的模量较低时，冲击强度随胶层厚度的增加而提高。

3.6持久强度

持久强度就是粘接件长期经受静载荷作用后，单位粘接面积所能承受的最大载荷，单位用兆帕(MPa)表示。持久强度受加载应力和试验温度的影响，随着加载应力和温度的提高持久强度下降。

3.7疲劳强度

疲劳强度是指对粘接接头重复施加一定载荷至规定次数不引起破坏的最大应力。一般把在10次时的疲劳强度称为疲劳强度极限。一般来说，剪切强度高的胶粘剂，其剥离、弯曲、冲击等强度总是较低的;而剥离强度大的胶粘剂，它的冲击、弯曲强度较高。不同类型的胶粘剂，各种强度特性也有很大差异。

三、粘接强度的提升

粘接强度涉及多方面因素的影响，且具有较强的“木筒效益”，一般需从胶种选型、结构设计、工艺方法、施工过程（含：打磨、前处理、底涂涂抹、施胶、固化）、伴随试验、过程检验等方面进行全面管控，对于各环节所存在的不合理或不符合，应及时发现并采取措施。粘接强度的提升，可以说是各个粘接环节质量的均值和累积，需要企业粘接体系的所有参与者不断地、全面地提升和保持。

参考文献：

【1】杨国腾、吴文娟.胶接工艺对粘接强度的影响[J].化学与黏合. 2019 (01)

【2】芝崎一郎、杨为奉、钟皑.粘接设计—影响粘接强度的各种因素[J].粘接. 1981 (03)