饶勇高，毛幸福

（中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

根据某项目车辆在现场运营一段时间后，发现内装（底部不锈钢）及地板布与密封胶存在脱胶和翻边的情况，结合现场实物进行分析，主要原因集中在胶黏剂与地板布的匹配性、地板布表面处理方式等。其中不同地板布表面的溢出物以及内部添加物不同，不同类型的胶黏剂的活性基团与地板布材质表面基团无法进行有效稳定的连接[1]。为进一步验证粘接工艺与密封胶选型的可靠性，并有效指导返工，对相关胶粘剂的粘附性能进行验证研究。

1 机理及验证

胶黏剂从成分可分为有机胶黏剂、无机胶黏剂等类型，在固化机理又可分为物理固化、化学固化等。胶黏剂与基材之间的反应机理也存在多种情况[2]。

机理通常分为机械理论、吸附理论、扩散理论、静电理论以及弱边界层理论。不同理论的机理其达到的效果不尽相同。

从机械理论的角度出发认为，胶黏剂出来后通过自身粘度与流淌性，流入基材表面的微观空隙中，把同时挤出内部的气体，形成良好的平面以满足粘接的条件[3]。同时形成机械嵌定作用，使得胶黏剂及基材之间形成较好的受力，实现提高粘接强度的效果。

从吸附理论的角度出发，粘接是使用胶黏剂将两种基材进行粘接结合，胶黏剂与基材之间的界面会产生贴合，贴合的效果我们通常以润湿形容，不同基材的表面界面呈现不同的表面张力，实验一致认为胶粘剂的表面张力应小于基材的临界表面张力，胶黏剂就可以浸入基材表面形成良好润湿。良好润湿是粘接的必要条件。

从扩散理论的角度出发，基材与胶黏剂之间的粘接力是胶黏剂及基材在界面产生分子扩散形成的。当然基本只有基材为长链条聚合物等非金属材料，分子扩散的可能性才较为明显。

从静电理论的角度出发，胶黏剂与基材界面的粘附力是通过界面的分子之间产生的静电力所形成的，不同实验也论证过基材表面存在电荷之间的转移，生产不同的化学键或者电极，从而形成稳固的粘附力达到良好粘接效果。

粘接接头的粘接力主要分为内聚力和黏附力，其中内聚力主要集中在基材材料内，属于材料本身特性。黏附力为基材之间的界面产生的作用力[4]。一种粘接接头失效模式的产生的发生基本可以锁定在界面层，黏附力低于设计接头强度要求，导致出现脱胶、开裂、孔洞等缺陷。

1.试验项点：（1）验证公司目前常用的三款密封胶西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、广研930（灰）与某地铁项目地板布粘附性能试验。（2）验证卡瑞得166R 胶粘剂（供应商提供）与地板布、不锈钢板、西卡221（灰）的粘附性能试验。

2.试验方案：（1）试验方案1：地板布分别采用三种胶粘剂匹配的清洁剂进行表面处理。（2）试验方案2：在方案1 基础上，地板布在清洁前增加打磨的表面处理。（3）试验方案3：在方案1 基础上，地板布在清洁前增加地板布供应商提供的除蜡水进行表面处理。（4）试验方案4：地板布采用卡瑞得166R 进行密封，采用卡瑞得配套的清洁剂进行表面处理。考虑到后续返工工程中可能存在西卡221 局部清除不彻底和粘接接头另一侧基材为不锈钢踢脚线的情况，同时验证卡瑞得166R 与不锈钢板、西卡221（灰）的粘附性能。同时考虑到打磨工序在操作执行过程中存在易造成地板布表面有打磨痕迹、引起胶缝有毛刺等现象，此次验证不增加打磨工序。

3.试验工具、设备：气动注胶枪、美工刀、80目砂纸。

4.试验标准：室温固化7 天，DIN EN 54457 标准进行剥离试验。

5.试验地点：车间、计量理化部（温湿度在15°～35°，30%～70%范畴）。

6.试验及测试人员：设计、工艺、质量、一线作业员工等。

7.试验及测试时间：2021.06-2021.08。

2 试验记录及结论

2.1 试验过程记录

2.1.1 试验材料及环境信息具体如表1 所示。

表1 试验基材及环境信息

2.1.2 试验条件及标准室温固化7 天，DIN EN 54457 标准进行剥离试验。

2.1.3 试验方法

试验项点1：三种地板布仅进行异丙醇清洁，西卡221 采用AK-100 处理表面，其余不处理，三种地板布基材不进行表面打磨处理，粘接三种密封胶。

试验项点2：三种地板布仅进行异丙醇清洁，西卡221 采用AK-100 处理表面，其余不处理，三种地板布基材均进行表面打磨处理，粘接三种密封胶。

试验项点3：三种地板布仅进行异丙醇、除蜡水同时清洁，西卡221 采用AK-100 处理表面，其余不处理，三种地板布基材均进行表面打磨处理，粘接三种密封胶。

试验项点4：地板布、不锈钢基材进行C-95、C-96清洗剂清洁与表面活化处理，粘接卡瑞德166R 密封胶（见表2）。

表2 采用C-95 清洗剂及C-96 活化剂测试记录

2.2 试验结论

2.2.1 试验项点1

试验结果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、广研930（灰）与地板布之间粘接效果均不满意，试验结果代码4。

2.2.2 试验项点2

试验结果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、广研930（灰）与地板布之间粘接效果均不满意，试验结果代码3。增加打磨工序，地板布粘接效果略有提升，但地板布密封处增加打磨工序易造成地板布表面有打磨痕迹、易引起胶缝有毛刺。

2.2.3 试验项点3

试验结果表明，西卡221（灰）、波士7003sskf（灰）、广研930（灰）与地板布之间粘接效果均不满意。西卡221（灰）试验结果代码3，波士7003sskf（灰）、广研930（灰）试验结果代码4。

2.2.4 试验项点4

试验结果表明，卡瑞得166R 不锈钢板、西卡221胶之间粘接效果满意。试验结果代码1。卡瑞得166R与地板布之间粘接效果基本满意。试验结果代码2。

3 验证分析

结合试验数据分析，对基材表面打磨处理后的效果比未打磨的效果提升较大。

粘接材料及其表面是多种多样的。有金属材料也有非金属材料；材料表面也会因不同污染物造成污染；基材表面微观结构也存在光滑、粗糙甚至密制多孔等情况；从材料热力学角度考虑，所有基材表面的表面能和表面张力各不一致；从材料成分及活性程度角度考虑，基材表面的分子团、活性基团均不一致，其活性的程度也不一致；所以基材表面的处理方式以及处理效果程度非常影响粘接强度。通俗来说更多的主要体现在表面清洁程度、表面粗糙程度以及表面化学活性结构等三个方面。

3.1 表面清洁度

所有需粘接的材料若要实现较好的粘接效果，首先就需要实现基材表面的良好润湿及其清洁效果[5]。不同材料的润湿主要和基材的属性关联较大，如基材表面张力、基材表面能。所以在基材形成粘接之前，需要对胶黏剂及基材的表面能进行测定或确定。选择的胶黏剂的表面能需低于所粘接的基材。同时不同基材表面在成型后，受到空气的污染、转运污染、存放污染等环节，造成基材表面产生不同的污染面，良好的处理方式将污染面进行清理，才可以形成良好的润湿。表面处理尤其重要，可以采用化学处理如异丙醇、丙酮等溶剂清洁脱脂，也可以采用砂纸、刀具切割等物理方法处理。要得到良好的粘接强度，粘接材料表面的接触角应当很小甚至为零。

3.2 表面粗糙度

粘接材料表面糙化之所以会提高粘接强度，首先，基材表面良好的粗糙化可以让表面得到良好的净化，无明显的异物残存在基材表面；其次，处理后的表面粗糙度较为平整，是一个全新的基材表面层，呈现出一个崭新的基材活性表面；最后，基材表面粗糙度的不同会让其形成的机械嵌入作用效果不一致，考虑到胶黏剂本身的粘度及其流淌性，表面的粗糙孔洞会影响其胶黏剂的流入，从而影响机械互锁等作用效果，从而影响粘接强度。

3.3 表面化学活性结构

所有材料表面均有不同程度的活性，只是在相对的情况下出现高低不同，基材内部的化学成分组成属于基材的特定属性，会直接因材料成分而决定，基材的表面化学活性结构一般可称为活性基团，在非金属材料中尤为明显。不同活性基团带有不同的分子及原子、电荷等因子，可以通过不同化学反应、电荷转移等方式形成不同的化学键、电极饱和态等，也可以改变基材表面的基团，从而在界面形成不同程度的粘附力。

地板布基本材质属于非金属材料，如橡胶、PVC 等。在满足柔韧性、防火、耐脏等方面，在地板布中加入多种添加剂、阻燃剂，整体成型后表面会进行封蜡等处理，同时内部添加剂渗透至表面行程隔离层。采用简单的清洁剂无法有效清理，且基材表明凹陷中已被多种添加剂等填满，表面整体粗糙度不均匀，无法形成有效的粘接。打磨可以通过物理手段将地板布表面残留污渍统一清理，且将表面粗糙度获得良好的均匀分布。胶黏剂的润湿可以得到充分实现，得到良好的粘接效果。

4 结语

通过系列试验结果数据表明，地板布表面处理及密封胶选型、表面处理剂等因素会对密封效果产生直接影响。不同地板布与密封胶的地板布表面进行粘接密封时，采用砂纸打磨可以有效提升粘附性能；由于不同地板布表面含有不同成分的添加剂（主要以防护蜡为主），后续项目地板布进行施工设计前，均需提前完成地板布与密封胶粘附性能试验，以满足批量生产。

整体的施工工艺应是“清洁—打磨—清洁—表面处理—注胶—刮胶—固化”，地板布表面进行密封作业时采用除蜡水进行处理，或采用密封胶及其表面配套处理剂进行处理，可以获得良好、稳定的粘接效果。