创新与实践ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴ
Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，２０１９拉弗曲线
刘 红，李 志
（中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１）
摘 要：针对高原机车的绝缘顶盖粘接失效原因进行详细分析，同时提出解决漏水问题的应对措施，为后续粘接技术在轨道交通行业的应用提供工艺技术支持。关键词：粘接；高原机车；绝缘顶盖；粘接失效ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０４．００８ 引言
胶带机粘接工艺在轨道交通行业已被广泛使用，粘接过程需严格按照要求控制。ＨＸＤ１Ｃ型高原机车上，首次使用绝缘顶盖这一新型设计方案，其中采用粘接的连接方式来保证顶盖的绝缘特性。该批次生产的高原机车在运行时，出现了多台机车胶层开裂等失效的现象。粘接胶层失效后，会出现顶盖漏水现象，从而存在机车放电、短路等隐患。因此，对顶盖漏水现象进行分析，出粘接失效的原因，避免此类问题再次出现。 粘接原理 粘接是采用一种非金属材料通过粘附和内聚来连接两种基材，而这种非金属材料就是胶粘剂，粘接示
气体内能意图如图１所示。粘接力分为粘附力和内聚力，在粘接部位存在粘附力，只有当两个表面的间距小于１ｎ
ｍ时，才会形成内聚力。如图２
所示。图１
粘接示意图
图２ 粘接力粘接失效导致胶层破坏，存在以下几种模式：单面粘附破坏、双面粘附破坏、内聚破坏、粘附内聚破坏（混合破坏）、基材断裂和近壁内聚破坏，依次如图３所示。可以通过胶条剥离试汤姆逊效应
验观察弹性体胶条在老化中的破坏行为。
图３ 破坏模式
绝缘顶盖结构简介
ＨＸＤ１Ｃ型高原机车绝缘顶盖由两部分组成：顶盖骨架和绝缘板，如图４所示为顶盖４的结构图。在绝缘板中预埋受电弓安装座，如图５所示。机车在运行中，绝缘顶盖需要承受高原恶劣的环境，如受风、雨、雪、雹、盐雾、煤尘、闪电、强紫外线
辐射和沙尘暴等。
图４ 顶盖
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技术与市场
创新与实践
２０１９年第２６卷第４
期
图５ 受电弓安装座
顶盖骨架与绝缘板之间通过螺栓紧固，四周缝隙处通过粘接剂进行密封，各处粘接等级为Ａ３级。其中粘接剂采用的是单组份湿气固化聚氨酯胶，该胶固化后形成弹性体，具有高的剪切强度、高断裂延伸率，变形能力大，可在－４０℃～１００℃条件下使用等优点，一般需要配合底涂使用。 粘接失效分析
机车顶盖四周胶层处的胶粘剂与顶盖骨架和绝缘板连接层出现不同程度的裂缝，如图６所示。另外受电弓安装座底部凸台与金属顶盖骨架之间的粘接存在缺陷，没有达到完全密封效果。机车在运行时，雨水经过裂缝渗入顶盖骨架与绝缘板之间，随着时间的推移，积水达到一定程度，通过受电弓沉孔底板
流入。
图６ 胶层开裂
水从胶层渗入，经受电弓沉孔底板流出，需通过两道胶层，分别是胶层１和胶层２，如图７所示。漏水说明这两道胶层都有粘接失效现象。通过拆除绝缘板，对粘接面进行剥离，分析得出粘接失效的几个原因。３．１ 基材材质
绝缘顶盖的材质为玻璃钢材质，玻璃钢表层一般均有脱模剂，该物质影响粘接界面中的粘附层。同时玻璃钢中有增塑剂，由于这些小分子物与聚合物大分子的相容性较差，容易从聚合物表层或界面上迁移出来。迁移出的小分子若聚集在界面上就会妨碍胶粘剂与被粘材料的粘接，造成粘接失效，因此玻璃钢材质相对其它材料而言不好粘接。一旦表面处理不好
就会出现粘接失效的现象。
图７ 密封胶层
３．２ 设计结构
绝缘顶盖尺寸长度为３０００ｍｍ，宽度为２５００ｍｍ，整个粘接面积大，两端螺栓连接后会造成玻璃钢的顶盖产生内应力而出现变形，从而影响两侧胶层的厚度。按设计要求受电弓安装座周边胶层厚度为３ｍｍ，但是从现场剥离后观察发现，绝缘板与顶盖骨架之间没有完全密封，有些地方胶层呈打胶时的波浪状，没有接触到绝缘板。在粘接部位，只有当两个表面的间距小于１ｎｍ时，才会形成粘接力。分析是由于绝缘板与顶盖骨架的平面度没有达到设计的要求，导致间隙不均匀，两者之间没有达到完全密封效果。因此，渗入绝缘板的积水达到一定程度就会从间隙中流出。３．３ 工艺过程３．３．１ 表面处理不当
唐成良
观察胶层粘接失效方式为胶层的双面粘附破坏，造成这种失效破坏最可能的因素是表面处理不当。对基材表面进行一系列的处理，使胶粘剂能够在粘接部位形成粘附力。
顶盖骨架上表面整体喷涂了面漆，胶层剥离后，发现粘接表面仅仅做了简单的打磨，各处的打磨效果不一致，有些粘接表面还残存了面漆，如图８所示。查之前工艺过程，未要求对
表面进行打磨，因此作业时员工没有按粘接标准对面漆进行处理，所以导致有些地方面漆没有打磨干净。
表面处理的工艺流程为：清洁、打磨、清洁、底涂活化处理。若是没有将两基材的表层进行打磨和活化处理，会导致基材的粘附层脱落，经剥离后发现符合这一现象。３．３．２ 胶层宽度不够
设计图纸中对于胶层的宽度规定为５０ｍｍ，但实际测量值在１５～４０ｍｍ之间，不符合设计要求。胶层２处的胶层宽度要求值为２０ｍｍ，但是有多处不满足设计要求。在胶层宽度最小的地方容易出现胶层粘附失效。在工艺文件预注胶工序中，对于打胶宽度值没有量化，只是模糊的给出能填满间隙即可。这样作业人员很难控制打胶宽度，导致有些地方打胶宽度不满足要求。
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闭式引流
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图８ 表层残存面漆
３．３．３ 低温低湿的作业环境
当时在生产这一批次车时，正处在冬天，温度只有几度，湿度相对较低。胶粘剂固化较慢，顶盖在转运过程中有振动，从而使粘接失效。３．３．４ 运行环境
西宁段高原机车需在高原地带运行，紫外线辐射强、昼夜温差大、风沙粉尘大，机车长期在这种恶劣的环境下运行，胶层受到影响，加速了表面胶层的老化，为雨水渗入提供条件。 应对措施４．１ 补胶处理
由于单组分的聚氨酯胶具有可修补性，因此针对有开裂老化现象的胶层进行局部修补。使用美工刀割除有裂缝胶层，以及它周边长度方向１００ｍｍ，深度方向３０ｍｍ范围内的胶层。
１）表面处理：打磨过程受到空间的限制，因此尽量将残胶处理，表面用砂纸打磨。
２）施胶：做好屏蔽后施胶，为保证密封效果，将胶条刮成斜坡型。
３）固化：机车需在库内静止４８ｈ，待胶干后才能动车。４．２ 后续提高粘接质量措施
后续粘接作业前，制作粘接样件进行老化试验，验证胶粘
剂、基材和表面处理试剂的选型合理性。粘接作业过程中，严格按照工艺要求进行打磨、表面前处理、表面后处理、施胶和固化，同时制作伴随样件以测试各工艺参数的合理性。 结语
粘接过程的每个环节都相当重要。粘接作为特殊过程，粘接过程中的问题很难通过检查发现，只能对粘接过程进行严格地控制，并且严格按照粘接体系文件执行，才能控制好产品的粘接质量。参考文献：
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