地板布粘接用膠粘劑施工性探討

陸瑜翀，王華南，陳 淼，龔洪洋，呂亞真

（鄭州中原思藍(lán)德高科股份有限公司，河南 鄭州 450007）

鐵路客車(chē)地板布的粘接在DIN6701-2標(biāo)準(zhǔn)中屬于A(yíng)3級(jí)粘接接頭，在客車(chē)運(yùn)行中發(fā)生安全事故的可能性非常低。但鐵路客車(chē)承載量大，地板布時(shí)常被踩踏和磨損，造成地板布本身的破壞和粘接體系的破壞。地板布的粘接面積很大，維修時(shí)要將整塊破損的地板布清理掉，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高。因此地板布的粘接在鐵路客車(chē)的整個(gè)粘接體系中是很重要的。膠粘劑作為連接地板布和地板的材料在粘接體系中起著至關(guān)重要的作用[1]。

客車(chē)地板布多采用PVC或橡膠材質(zhì)，車(chē)體底架地板是鋁合金或不銹鋼材料[2]。根據(jù)客車(chē)設(shè)計(jì)要求采用雙組分聚氨酯、PUR、環(huán)氧或氯丁橡膠膠粘劑粘接地板布和金屬地板。這4種材料在施用時(shí)具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文簡(jiǎn)述了這4種材料在施用時(shí)的特性。

1 地板布接頭設(shè)計(jì)

按照粘接理論，地板布接頭設(shè)計(jì)包括地板布、膠粘劑和金屬地板，如圖1所示。

圖1 地板布接頭設(shè)計(jì)Fig.1 Design of floor cloth joint

地板布為防火、耐磨的PVC或橡膠材質(zhì)，地板布背面采用直接拉毛處理或植入植絨層處理。金屬地板為鋁合金或不銹鋼材料，金屬地板表面采用噴涂底漆處理或拉毛處理[3]。膠粘劑根據(jù)客車(chē)設(shè)計(jì)要求采用不同的粘接材料，現(xiàn)在軌道交通主機(jī)廠(chǎng)采用膠粘劑主要有雙組分聚氨酯、PUR、環(huán)氧或氯丁橡膠膠粘劑。

2 膠粘劑成分和特點(diǎn)

2.1 雙組分聚氨酯膠粘劑

雙組分聚氨酯膠粘劑有A、B 2種組分，A組分是含有多羥基（-OH）的聚酯或聚醚作為主劑；B組分是含有多異氰酸酯基（-NCO）的異氰酸酯作為固化劑。使用時(shí)將A組分和B組分按一定比例混合。B組分中的多異氰酸酯基（-NCO）與聚酯或聚醚中的多羥基（-OH）進(jìn)行氨酯化反應(yīng)，進(jìn)一步擴(kuò)鏈反應(yīng)生成網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)，形成牢固的粘接層。雙組分聚氨酯膠粘劑中含有極性高的異氰酸酯基（NCO）和氨基甲酸基（NH-COO），與含有活性氫的材料有著優(yōu)良的粘接力，雙組分聚氨酯膠粘劑還與被粘合材料之間產(chǎn)生氫鍵作用，因而使粘合更加牢固；可加熱固化，也可室溫固化，工藝簡(jiǎn)單；反應(yīng)機(jī)理為加成反應(yīng)，固化時(shí)沒(méi)有副產(chǎn)物，因此不易使粘合薄膜產(chǎn)生缺陷[4]。

2.2 反應(yīng)型聚氨酯熱熔膠（PUR）

PUR是以端-NCO基預(yù)聚物為基料，加入熱塑性樹(shù)脂、增粘樹(shù)脂、抗氧劑、催化劑、填料等物料而成。把PUR加熱熔融成流體，涂布在被粘基材表面，將2個(gè)被粘物貼合，冷卻后形成粘接，之后利用空氣中的濕氣或被粘基材上的微量水分與-NCO基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)、擴(kuò)鏈，生成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且具有高內(nèi)聚力的聚合物，使粘接力進(jìn)一步增強(qiáng)。PUR分子結(jié)構(gòu)中含有極性和化學(xué)活潑性的氨酯基（-NHCOO-）或異氰酸酯基（-NCO），與含有活潑氫的材料，如木材、皮革、織物、紙張、陶瓷等多孔材料和塑料、金屬、玻璃、橡膠等表面光潔材料都有著優(yōu)良的粘合力；無(wú)溶劑，一液型，環(huán)保型材料；粘接工藝簡(jiǎn)便，可采用滾筒涂敷或噴涂等施膠方法；操作性良好，在短時(shí)間內(nèi)即可將配件固定，故可快速將裝配件轉(zhuǎn)入下道加工工序，提高工效[5]。

2.3 環(huán)氧膠粘劑

環(huán)氧膠粘劑的A組分是由環(huán)氧樹(shù)脂、活性稀釋劑、觸變劑等材料組成，B組分是由固化劑、促進(jìn)劑等材料組成。A、B組分混合后，在固化劑、促進(jìn)劑的作用下，環(huán)氧樹(shù)脂逐步聚合反應(yīng)逐漸形成具有大分子量的三維網(wǎng)絡(luò)固化物。環(huán)氧膠粘劑含有多種極性基團(tuán)和活性很大的環(huán)氧基，因而與金屬、玻璃、水泥、木材、塑料等多種極性材料，尤其是表面活性高的材料具有很強(qiáng)的粘接力，同時(shí)雙組分環(huán)氧膠粘劑的內(nèi)聚強(qiáng)度也很大，所以其膠接強(qiáng)度很高；環(huán)氧膠粘劑固化時(shí)基本上無(wú)低分子揮發(fā)物產(chǎn)生，固化收縮率?。荒透g性及介電性能好；可室溫固化，也可高溫固化；工藝性好，黏度可以調(diào)節(jié)[6]。

2.4 氯丁橡膠膠粘劑

市面上采用較多的為溶劑型氯丁橡膠膠粘劑，其主體原材料是氯丁橡膠、增粘樹(shù)脂、金屬氧化物、溶劑防老劑、填充劑、促進(jìn)劑、交聯(lián)劑等。溶劑型氯丁橡膠膠粘劑涂布后，溶劑揮發(fā)借助氯丁橡膠的快速結(jié)晶而產(chǎn)生粘接力。氯丁橡膠膠粘劑初粘力大，粘接強(qiáng)度高，強(qiáng)度建立的速度很快；對(duì)多種材料都有很好的粘接性；耐久性好，具有優(yōu)良的防燃性、耐光性、抗臭氧性和耐大氣老化性；膠層柔韌，彈性良好，耐沖擊與振動(dòng)；耐介質(zhì)性好，有較好的耐油、耐水、耐堿、耐溶劑性能；工藝操作簡(jiǎn)單，可直接噴涂[7]。

3 各種膠粘劑使用方法及優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 雙組分聚氨酯膠粘

施工工具：電動(dòng)攪拌器、鋸齒狀刮刀

施工工藝：A、B組分按比例用電動(dòng)攪拌器混合均勻，傾倒于客車(chē)地板上，用刮刀均勻涂敷在待粘接面上。然后在上面滾壓鋪裝PVC地板布或橡膠地板布，適當(dāng)進(jìn)行加壓以趕走氣泡，鋪裝完成后用50 kg的滾子每隔半小時(shí)滾壓一次，并及時(shí)清除溢出的膠粘劑，24 h可以達(dá)到初粘強(qiáng)度，完全固化需要48 h。

施工優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單；未固化前可以隨意移動(dòng)；固化后粘接牢固，不易鼓包。

施工缺點(diǎn)：8 h以上才可以站人，施工周期長(zhǎng)；維修時(shí)清理困難，用溶劑或物理處理均不易清理掉；固化對(duì)于環(huán)境有具體的要求，不能在潮濕環(huán)境下進(jìn)行。

3.2 反應(yīng)型聚氨酯熱熔膠（PUR）

施工工具：熱熔膠涂布機(jī)。

施工工藝：PUR膠在130 ℃下加熱40 min，用熱熔膠涂布機(jī)將PUR涂布在PVC地板布或橡膠地板布粘接面，在規(guī)定的操作時(shí)間內(nèi)將涂布PUR的PVC地板布或橡膠地板布粘接到客車(chē)地板上，適當(dāng)進(jìn)行加壓以趕走氣泡。

施工優(yōu)點(diǎn)：貼附加壓后，短時(shí)間即可達(dá)到一定的粘接強(qiáng)度，無(wú)需等待即可站人；固化后粘接牢固，不易鼓包。

施工缺點(diǎn)：需要購(gòu)進(jìn)專(zhuān)業(yè)的設(shè)備；涂布時(shí)需要專(zhuān)業(yè)人員操作；維修時(shí)清理困難，用溶劑或物理處理均不易清理掉。

3.3 環(huán)氧膠粘劑

施工工具：電動(dòng)攪拌器、鋸齒狀刮刀。

施工工藝：A、B組分按比例用電動(dòng)攪拌器混合均勻，傾倒于客車(chē)地板上，用刮刀均勻涂敷在待粘接面上。然后在上面滾壓鋪裝PVC地板布或橡膠地板布，適當(dāng)進(jìn)行加壓以趕走氣泡，鋪裝完成后用50 kg的滾子每隔半小時(shí)滾壓一次，并及時(shí)清除溢出的膠粘劑，24 h可以達(dá)到初粘強(qiáng)度，完全固化需要48 h。

施工優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單；未固化前可以隨意移動(dòng)；固化后粘接牢固，不易鼓包。

施工缺點(diǎn)：稍有氣味，反應(yīng)時(shí)放熱大，反應(yīng)速度隨溫度波動(dòng)比較大；8 h以上才可以站人，施工周期長(zhǎng)；維修時(shí)清理困難，用溶劑或物理處理均不易清理掉。

3.4 氯丁橡膠膠粘劑

施工工具：噴槍、膠滾。

施工工藝：用噴槍將氯丁橡膠膠粘劑噴涂到客車(chē)地板和PVC地板布或橡膠地板布粘接面，一邊噴涂一邊用膠滾滾涂均勻，噴涂后，晾膠規(guī)定時(shí)間，然后在上面滾壓鋪裝PVC地板布或橡膠地板布，適當(dāng)進(jìn)行加壓以趕走氣泡，鋪裝完成后用50 kg的滾子滾壓多次，并及時(shí)清除溢出的膠粘劑。

施工優(yōu)點(diǎn)：貼附加壓后，短時(shí)間即可達(dá)到一定的粘接強(qiáng)度，無(wú)需等待即可站人；固化后粘接牢固，不易鼓包；維修時(shí)稍加熱，就可將地板布與地板分離。

施工缺點(diǎn)：氣味大，對(duì)操作人員身體有害；最終粘接力小，后期容易出現(xiàn)粘接失效現(xiàn)象。

4 結(jié)論

根據(jù)不同的客車(chē)設(shè)計(jì)采用不同的膠粘劑來(lái)粘接地板布和地板。雙組分聚氨酯膠粘劑和環(huán)氧膠粘劑的粘接強(qiáng)度能達(dá)到10 MPa以上，粘接非常牢固，且都可以室溫固化，但2種膠粘劑施工后都需要停留8 h以上，施工效率較低。PUR的粘接強(qiáng)度同樣很高能達(dá)到8 MPa以上，室溫固化，施工后不需要停留，但需要專(zhuān)業(yè)設(shè)備和專(zhuān)業(yè)人員操作。氯丁橡膠膠粘劑能很快達(dá)到一定的初粘力，但膠粘劑本身含有大量的溶劑，溶劑揮發(fā)對(duì)人體有害。這4種膠粘劑在施工時(shí)均存在不足之處，相對(duì)而言，PUR是粘接地板布和地板膠粘劑的一個(gè)趨勢(shì)。

PUR作為新一代環(huán)保且性能優(yōu)異的膠粘劑，有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景。我國(guó)的PUR在固化速度、貯存期、耐熱性初始強(qiáng)度和最終強(qiáng)度、熔融黏度等方面取得了一定的成果，但與國(guó)外相比，還有很大差距。國(guó)產(chǎn)的PUR還需提高其綜合性能，并相應(yīng)制定制備工藝、優(yōu)化制備設(shè)備和施膠設(shè)備，使PUR的使用更加方便和普遍[8]。