雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在電扶梯前沿板上的應(yīng)用

徐 駿，趙有中，姚其勝（1.上?？颠_(dá)化工新材料股份有限公司，上海 201419；2.上海膠粘劑工程技術(shù)研究中心，上海 201419）

雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在電扶梯前沿板上的應(yīng)用

徐 駿1，2，趙有中1，2，姚其勝1，2
（1.上?？颠_(dá)化工新材料股份有限公司，上海 201419；2.上海膠粘劑工程技術(shù)研究中心，上海 201419）

介紹了電扶梯前沿板的生產(chǎn)工藝要求、材質(zhì)構(gòu)造和粘接工藝，并研究了雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠在單位面積上的施膠量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響。當(dāng)單位面積用膠量為1.0 kg/m2時(shí)，聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的粘接力可達(dá)相對(duì)最強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)最優(yōu)。

電扶梯；前沿板；聚氨酯結(jié)構(gòu)膠

隨著城市化進(jìn)程的逐步加快，電扶梯已廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，對(duì)電扶梯的需求量也越來越大。電扶梯亦稱自動(dòng)扶梯，是一種以運(yùn)輸帶方式運(yùn)送行人和物品的運(yùn)輸工具，廣泛應(yīng)用于百貨商場(chǎng)、超市、賓館、寫字樓、機(jī)場(chǎng)及城市交通等領(lǐng)域。近幾年國(guó)內(nèi)相繼開發(fā)出適應(yīng)電扶梯輕量化且粘接性能優(yōu)異的雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠。

電扶梯的前沿板是過渡乘客從靜止部分到動(dòng)作部分的部件，起到支撐乘客和安裝扶手入口的功能［1］。前沿板由表面材料和補(bǔ)強(qiáng)材料所組成，通常前沿板表面材料的材質(zhì)有鋁合金和不銹鋼，補(bǔ)強(qiáng)材料采用的是厚實(shí)的鋼板。對(duì)電扶梯的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)所用金屬材料的特性，力求組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化和制作方法的統(tǒng)一化，以便使電扶梯前沿板高效率化生產(chǎn)。同時(shí)，借助高剛性補(bǔ)強(qiáng)材料及采用薄型表面材料，來滿足電扶梯輕量化且節(jié)能的要求［2］。膠接結(jié)構(gòu)與焊接相比，不存在薄弱的熱影響區(qū)，密封性良好、受力均勻、制造成本低廉且適應(yīng)性較大，于是，表面材料和補(bǔ)強(qiáng)材料之間的粘接就需要用到一種粘接性能較好、固化收縮率較低，并能常溫固化、操作簡(jiǎn)便且耐候性能佳的結(jié)構(gòu)膠粘劑［3，4］。

結(jié)構(gòu)膠粘劑能夠代替螺栓、鉚釘或者焊接等形式，用來粘接金屬、塑料、玻璃和木材等結(jié)構(gòu)部件，并能長(zhǎng)時(shí)間承受很大載荷［5～7］。這以丙烯酸酯膠、環(huán)氧膠和聚氨酯膠等幾大系列為代表，其中，聚氨酯膠粘劑具有耐水、耐油、耐沖擊、柔韌性較好、粘接強(qiáng)度較大和抗震性能較好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中獲得了較為廣泛的應(yīng)用［8～1 0］。

雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠因其良好的粘接性、耐久性、耐疲勞性和耐沖擊性能等，被廣泛應(yīng)用于電扶梯前沿板的粘接工藝中［11］。新型雙組分無溶劑聚氨酯結(jié)構(gòu)膠可不使用底涂劑，減少了施工環(huán)境的溶劑排放，對(duì)環(huán)境友好，并能簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本［1 2，1 3］。

本文有針對(duì)性地介紹了電扶梯前沿板的工藝要求、材質(zhì)、構(gòu)造、對(duì)膠粘劑的要求和前沿板用膠粘劑的種類及特點(diǎn)、粘接工藝以及雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的施膠量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響。

1　 電扶梯前沿板的工藝要求

電扶梯前沿板的工藝要求為：①作為承載乘客進(jìn)出電扶梯的結(jié)構(gòu)件，剛性必須比較高；②在搬運(yùn)及安裝過程中不會(huì)因沖撞而變形；③兼顧輕量化，便于施工；④外表面美觀光亮，平整度好；⑤耐震動(dòng)性能出色；⑥若遇火災(zāi)，不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體；⑦耐用性較好。

2　 電扶梯前沿板的材質(zhì)及構(gòu)造

電扶梯的前沿板由表面材料和補(bǔ)強(qiáng)材料組成，通常前沿板表面材料的材質(zhì)有鋁合金和不銹鋼，多為有廠家LOGO及圖案的規(guī)則排列，以達(dá)到美觀及防滑的效果。由于不銹鋼板材制造工藝的發(fā)展進(jìn)步，其輕量化程度逐步趕上鋁合金板材，又兼顧了更好的剛性和耐磨性，市面上大部分前沿板都以不銹鋼板作為表面材料。前沿板的補(bǔ)強(qiáng)材料采用的是厚實(shí)的鋼板，起到承重及堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的作用。2者之間以結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行面-面粘接，為了不破壞表面的整體圖案，鉚釘加固只能位于四角。通過面-面粘接的部件形成了夾層結(jié)構(gòu)，中間層為固化后的高分子膠，具有一定的抗震、減震效果。

2.1電扶梯前沿板對(duì)膠粘劑的要求

①能夠適用于各種金屬材質(zhì)的板材，如鋼板、鋁合金板和不銹鋼板等；②常溫施膠，初粘性較好，彈性粘接；③快固，30 min內(nèi)定位，24 h內(nèi)完全固化；④抗震效果較好，固化收縮率較低；⑤耐濕性、耐蠕變性較好，耐疲勞性能優(yōu)異；⑥工藝簡(jiǎn)單，便于操作；⑦對(duì)環(huán)境友好。

2.2前沿板用膠粘劑的種類及特點(diǎn)

電扶梯前沿板的粘接通常使用雙組分丙烯酸酯AB膠或雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，這2種膠都基本能滿足上述要求。2種膠的性能對(duì)比見表1。

由表1可知，在粘接力學(xué)性能上，丙烯酸酯AB膠的拉伸剪切強(qiáng)度更大，剛性強(qiáng)度優(yōu)于雙組分聚氨酯膠，但柔韌性及抗震性能（剝離強(qiáng)度及抗沖擊性）是雙組分聚氨酯膠更好。在施膠的工藝操作方面，丙烯酸酯AB膠因其預(yù)處理簡(jiǎn)單及粗放式配膠，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在定位速率方面，丙烯酸酯AB膠更快；但雙組分聚氨酯膠因其固化速率可調(diào)，亦能滿足電扶梯前沿板的流水線生產(chǎn)工藝。而在環(huán)境保護(hù)方面，丙烯酸酯AB膠會(huì)釋放刺激性氣味，對(duì)流水線的生產(chǎn)工人影響很大；雙組分聚氨酯膠是無溶劑配方，環(huán)保無氣味，更適合現(xiàn)代化工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。

表1　2種電扶梯前沿板用膠特性對(duì)比Tab.1　Performance comparison of two escalator comb base adhesives

3　 電扶梯前沿板粘接工藝

圖1所示的是雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠粘接電扶梯前沿板的工藝過程。

4　 聚氨酯膠施膠量對(duì)粘接強(qiáng)度的影響

對(duì)于膠接來說，在外力的作用下，破壞是由膠層、被粘物和界面這3個(gè)環(huán)節(jié)中的薄弱環(huán)節(jié)開始。通常膠接接頭的典型破壞類型分3種：界面破壞，內(nèi)聚破壞和混合破壞。其中界面破壞是膠層與被粘物全部脫開，因膠粘劑形成的粘接力不夠，是結(jié)構(gòu)粘接最弱的一種類型，前沿板粘接中通常不會(huì)遇到此種情況。

對(duì)于電扶梯的生產(chǎn)廠家而言，前沿板用膠量多少?zèng)Q定了生產(chǎn)成本，而且在輕量化方面，結(jié)構(gòu)膠的用量也是越少越好。但當(dāng)粘接面用膠量過少時(shí)，大部分結(jié)構(gòu)膠用于填充經(jīng)打磨后產(chǎn)生的粗糙面上的微小孔隙，只有少量結(jié)構(gòu)膠對(duì)粘接面產(chǎn)生化學(xué)鍵并產(chǎn)生應(yīng)力，所以施膠量不能過少。

圖1　聚氨酯膠粘接電扶梯前沿板的工藝過程Fig.1　Bonding process of escalator comb base with PU adhesive

為了確定前沿板粘接面用膠量的最佳值，模擬現(xiàn)場(chǎng)工藝條件采用經(jīng)過打磨的鋼試片與不銹鋼試片，以雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠為粘接劑，進(jìn)行拉伸剪切試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)單位面積用膠量（雙組分膠混合后的用量）約為1.0 kg/m2時(shí)，鋼/不銹鋼的拉伸剪切強(qiáng)度可達(dá)相對(duì)最大值；若用膠量繼續(xù)增加，拉伸剪切強(qiáng)度反而有所下降。這是因?yàn)?，?dāng)用膠量過大時(shí)，鋼板與不銹鋼板的粘接面之間填充了過厚的膠層，發(fā)生拉伸剪切時(shí)只產(chǎn)生了膠層破壞（即內(nèi)聚破壞），也就是說，只體現(xiàn)了膠層的本體強(qiáng)度；而當(dāng)用膠量適中時(shí)，粘接面產(chǎn)生的是以內(nèi)聚破壞為主的混合破壞，除了內(nèi)聚破壞還發(fā)生了界面破壞，所產(chǎn)生的應(yīng)力來自于膠層的本體強(qiáng)度和界面應(yīng)力之和，是最為理想的粘接效果。

圖2　單位面積用膠量對(duì)拉伸剪切強(qiáng)度的影響Fig.2　Effect of applied adhesive weight per unit area on tensile shear strength

綜上所述，在電扶梯前沿板的粘接工藝中，雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠的單位面積用膠量為1.0 kg/m2，此時(shí)粘接力可達(dá)相對(duì)最強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)最優(yōu)。

5　 結(jié)語

隨著電梯工業(yè)的快速發(fā)展，電扶梯前沿板的設(shè)計(jì)也會(huì)向多樣化及輕量化方向發(fā)展，相對(duì)應(yīng)的膠粘劑、粘接工藝和打膠設(shè)備也將隨之進(jìn)一步拓展。

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Application of two-component polyurethane structure adhesive in escalator comb base

XU Jun1,2, ZHAO You-zhong1,2, YAO Qi-sheng1,2
（1.Shanghai Kangda New Material Co., Ltd., Shanghai 201419, China； 2.Shanghai Engineering Research Center of Adhesive, Shanghai 201419, China）

The comb base is an important structural component in escalator. This article described the process requirements, material structure and bonding process of escalators comb base. The effect of the applied weight per unit area of the two-component polyurethane structural adhesive on the bonding strength was investigated. The strongest adhesive force and the optimum economy were obtained when the applied weight per unit area of the adhesive was 1.0 kgm-2.

escalator； comb base； polyurethane structure adhesive

TQ436+.2

A

1001-5922（2016）08-0067-03

2016-05-05

徐駿（1978-），男，碩士，中級(jí)工程師，主要從事高分子材料特別是聚氨酯膠粘劑方面的研究與開發(fā)，發(fā)表論文2篇。E-mail：xu_kangda@163.com。