提高地鐵車廂用膠膜合格率的研究

趙升龍，劉清方，梁 濱，周葵濤

（中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095）

1 引言

地鐵車廂鋁蜂窩夾層板具有重量輕、比強度高、隔熱效果好、工藝成熟、成本相對低等優(yōu)點，在地鐵車廂裝飾中獲得了廣泛的應用。隨著各地城市軌道交通的大力興建，鋁蜂窩夾層板的需求越來越大。

中溫固化膠膜作為生產(chǎn)鋁蜂窩夾層板的重要原料，起到將鋁板和鋁蜂窩通過加溫加壓固化粘接成為一個整體的作用。蜂窩滾筒剝離強度是考察中溫固化膠膜的一項重要力學性能指標。

以往的SY-24B地鐵車廂用膠膜的檢驗合格率一直是100%。近幾年地鐵高端客戶希望將膠膜的蜂窩滾筒剝離強度指標從30 N · mm/mm提高到45 N · mm/mm，按此要求，合格率僅為74%。針對此問題，本文對膠膜的生產(chǎn)流程進行了梳理，找到了可能影響蜂窩滾筒剝離強度的18個因素；運用多元回歸方法進行分析，找到關鍵因素，并通過試驗驗證了回歸分析的正確性；通過控制關鍵因素，提高了地鐵車廂用膠膜的合格率和穩(wěn)定性。

2 材料實驗

2.1 原材料

實驗原材料為：南通星辰合成材料有限公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂E-44；增韌劑1，自制；胺類固化體系，自配。

2.2 膠接試樣制備及性能測試

蜂窩滾筒剝離強度按GJB 130.7-86《膠接鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)滾筒剝離試驗方法》進行測試。薄試片為0.5 mm厚進口2024T3或國產(chǎn)2A12鋁合金，厚試片為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產(chǎn)2A12鋁合金；鋁蜂窩為進口7.9-1/4型（6.35 mm）、40N-5052型（厚12～16 mm）或相當?shù)膰a(chǎn)鋁蜂窩。

剪切強度按GB/T 7124-2008《膠粘劑拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》測試。被粘物為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產(chǎn)2A12鋁合金。

浮輥剝離強度按GB/T 7122-1996《高強度膠粘劑剝離強度的測定浮輥法》測試。被粘物薄試片為0.5 mm的進口2024T3或國產(chǎn)2A12鋁合金,厚試片為1.6 mm厚進口2024T3或2 mm 厚國產(chǎn)2A12鋁合金。

鋁合金表面經(jīng)磷酸陽極化處理，固化條件為120～130 ℃固化2 h。

3 生產(chǎn)線實時數(shù)據(jù)分析

3.1 蜂窩滾筒剝離強度合格率

每批SY-24B地鐵車廂用膠膜出廠時必須檢驗蜂窩滾筒剝離強度，圖1為膠膜生產(chǎn)流程未改善前（2016年）蜂窩滾筒剝離強度的批次時間序列圖。從圖1可見，將蜂窩滾筒剝離強度的檢驗指標提高到45 N · mm/mm后，合格率僅為74%；此外，膠膜的蜂窩滾筒剝離強度波動較大，需要提高合格率和穩(wěn)定性。

圖1 流程未改善前SY-24B膠膜蜂窩滾筒剝離強度批次時間序列圖

3.2 多元回歸分析

對膠膜的生產(chǎn)流程進行梳理，找出18個可能影響蜂窩滾筒剝離強度合格率的因素。借助Minitab軟件，運用多元回歸方法對18個影響因素進行分析，得到的回歸方程如下：

蜂窩滾筒剝離強度= 255 + 34.6增韌 劑1-0.81揮 發(fā) 份-0.101單 位 面 積質(zhì)量-0.83 環(huán)氧樹脂2-0.01 環(huán)氧樹脂1-3.02增韌劑2+7.31 固化劑+2.07促進劑+0.117載體厚度+0.234脫膜紙厚度-0.079合成溫度-0.237合成時間-1.47捏合溫度+0.007研磨溫度-1.49制膜溫度-0.028固化溫度+0.073 3環(huán)境溫度-0.019 5環(huán)境濕度。

表1列出了部分影響因素的回歸分析和方差分析數(shù)據(jù)。從表1回歸分析可見，增韌劑1的假設檢驗P=0.000＜0.05，說明增韌劑1對蜂窩滾筒剝離強度有顯著影響；捏合溫度的P=0.031＜0.05，說明捏合溫度對蜂窩滾筒剝離強度有顯著影響。另外殘差S=2.588 43較小，說明回歸方程模型與實際較為吻合；回歸平方和占總離差平方和的比率R-Sq = 97.1%，調(diào)整后的R-Sq（調(diào)整）= 95.9%，二者偏差不大，說明選定的影響因素對蜂窩滾筒剝離強度波動的貢獻較大。

從表1方差分析可見，增韌劑1的離差平方和SeqSS最大，貢獻率達到了99%；捏合溫度等其他影響因素對SeqSS的貢獻率較小，可以忽略不計。說明在當前生產(chǎn)條件下增韌劑1對蜂窩滾筒剝離強度的影響最大，其他因素影響較小。

表1 蜂窩滾筒剝離強度與增韌劑1、捏合溫度等回歸分析和方差分析

3.3 擬合線圖分析

通過以上多元回歸分析得知，在當前生產(chǎn)條件下增韌劑1與蜂窩滾筒剝離強度高度關聯(lián)。下面采用回歸擬合線圖的方法對剝離強度和增韌劑1的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)進行擬合分析，結(jié)果見圖2。

從圖2可見，在當前生產(chǎn)條件下，蜂窩滾筒剝離強度和增韌劑1 的加入量高度線性關聯(lián)。為滿足膠膜的蜂窩滾筒剝離強度大于45 N · mm/mm，應控制增韌劑1的加入量大于1.5份。

圖2 蜂窩滾筒剝離強度和增韌劑1加入量的擬合線圖

綜合分析，在當前生產(chǎn)條件下，控制好增韌劑1的加入量即可很好控制蜂窩滾筒剝離強度。

4 實驗室驗證

在其他參數(shù)不變情況下，在實驗室條件下進行小樣試驗，對不同增韌劑1用量膠膜的蜂窩滾筒剝離強度進行測試，其結(jié)果見圖3。

從圖3中可見，在實驗室條件下膠膜的蜂窩滾筒剝離強度隨著增韌劑1用量增加而增大，在增韌劑1用量為1～3.5份時，剝離強度與增韌劑1用量呈線性關系，這與生產(chǎn)條件下用多元回歸方法分析和擬合線圖方法分析的結(jié)果一致。

圖3 增韌劑1用量與膠膜蜂窩滾筒剝離強度關系曲線

5 關鍵工藝參數(shù)控制

通過對工藝文件的更改和現(xiàn)場管理的加強，對關鍵工藝參數(shù)進行了控制。圖4為生產(chǎn)流程改善前后蜂窩滾筒剝離強度單值-移動極差控制圖（I-MR控制圖），圖4分析如下。

圖4 蜂窩滾筒剝離強度I-MR控制圖

（1）生產(chǎn)流程未改善前（DMA階段），蜂窩滾筒剝離強度移動極差上控制線UCL為52.30，下 控 制 線LCL為0，平均值MR為16.01，波動較大，說明批次之間差異較大；流程改善后（IC階段），蜂窩滾筒剝離強度移動極差上下控制線UCL和LCL分別為10.66和0，平均值MR為3.26，波動較小，說明批次之間差異較小。

（2）生產(chǎn)流程未改善前（DMA階段）蜂窩滾筒剝離強度單獨值不穩(wěn)定，其中心線X為61.07，上下控制線UCL和LCL分別為103.65和18.50，波動范圍較大，從統(tǒng)計學角度說明生產(chǎn)過程受控程度不高；流程改善后（IC階段）蜂窩滾筒剝離強度單獨值比較穩(wěn)定且整體有所提升，其中心線X為69.31，上下控制線UCL和LCL分別為77.99和60.64，波動范圍較小，從統(tǒng)計學角度說明生產(chǎn)過程受控且能夠穩(wěn)定輸出蜂窩滾筒剝離強度合格的膠膜。

6 改善后的膠膜綜合性能

生產(chǎn)流程改善后有必要對膠膜的力學性能進行全面測試，表2列出了流程改善后所生產(chǎn)膠膜的性能測試結(jié)果。從表2可見，流程改善后膠膜的各項力學性能均滿足指標的要求，最突出的是膠膜的浮輥剝離強度和蜂窩滾筒剝離強度都較高。

表2 流程改善后膠膜力學性能

7 結(jié)論

（1）通過多元回歸方法對SY-24B地鐵車廂用膠膜的生產(chǎn)流程進行分析和實驗室驗證試驗，證明增韌劑1的用量是影響膠膜蜂窩滾筒剝離強度的關鍵因素。

（2）通過控制增韌劑1的加入量，可提高地鐵車廂用膠膜的合格率和穩(wěn)定性，以及膠膜蜂窩滾筒剝離強度的合格率。按蜂窩滾筒剝離強度檢驗指標45 N · mm/mm要求，流程改善后膠膜的合格率達到100%。

（3）流程改善后，膠膜的各項力學性能均滿足要求。