地铁车辆保温棉固定钉粘接优化试验研究

刘 宁，姚腾达，刘晖霞

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412000)

0 引言

为了提高地铁车辆保温效果，通常会在铝合金车体顶盖、侧墙、端墙内壁上敷设保温棉，保温棉使用粘贴在车体上的固定钉进行固定，固定钉一般为不锈钢材质。先用泡棉双面胶带将固定钉粘接在车体内壁上，然后再在固定钉的四周施打胶进行二次强化。

目前保温棉固定钉粘接存在的主要问题：一是作业劳动强度大、生产效率低，每节地铁车辆使用的固定钉数量都在1 000件以上，需要4人花费4 h才能完成一节车固定钉粘贴;二是二次强化固定用胶量大、成本高，经核算每节车需要10～12组胶粘剂。

为了降低作业劳动强度和生产成本，提高生产效率，本文试图通过对保温棉固定钉粘接进行优化试验研究，找到一种既能增强保温棉固定钉的粘接强度，又可以减少或取消二次强化固定用胶的方案，为后续地铁车辆设计提供参考。

1 试验研究

顶部保温棉固定钉承受的主要是拉伸力，侧部保温棉固定钉主要承受的是剪切力。因此，本文主要对固定钉粘接用双面胶带的拉伸剪切性能进行优化。保温棉固定钉粘接如图1所示。

图1 保温棉固定钉粘接示意图

1.1 试验材料选型

通过对市场上双面胶带的调研和与供货厂家进行技术交流，选取了3个品牌的双面胶带进行粘接性能试验研究。

1.2 拉伸剪切试验

试验样件按照车体表面喷涂底漆和不喷涂底漆2种情况进行制作，拉伸剪切试验在常温条件下进行，试验结果见表1。为了更好地模拟实际应用情况，试样粘接大小及面积按照实际情况制作。拉伸剪切试验如图2所示。

图2 拉伸剪切试验示意图

表1 拉伸试验结果

1.3 高低温老化试验

为了确保优化后的保温棉固定钉在高低温交替环境下能够粘接牢固、不脱落，需要对试样在高低温老化后进行拉伸剪切试验。高低温老化要求：①在30 min内将温度从室温升高到(70℃±2℃)。②暴露在温度为(70℃±2℃)且相对湿度不低于90%的环境5 h±20 min。③在(60±20)min将温度改为(-40℃±3℃)并维持5 h±20 min。 ④在(60±20) min将温度升高到(70℃±2℃)。老化周期为28 d，循环结束时，在60 min内将④中的条件调整为(23℃±2℃)和(50%±5%)相对湿度，并保持此条件4 h。高低温老化后进行拉伸剪切试验，结果如表2所示。

表2 高低温老化试验结果

1.4 高温、高湿老化试验

为了充分验证优化后的保温棉固定钉粘接能够持久牢固，需要在高温、高湿老化后进行剥离强度试验(见图3)，试验结果如表3所示。

图3 剥离试验示意图

表3 高温高湿老化剥离试验结果

续表3

1.5 高温条件下拉伸试验

由于地铁车辆顶部会长时间受高温影响(持续60℃高温)，双面胶带在高温条件下容易衰变，从而使粘接强度下降导致固定钉脱落。因此，有必要进行高温条件下拉伸试验(见图4)。试验条件：样件在140℃高温条件下持续1 h，然后再进行拉伸试验，试验结果如表4所示。

图4 拉伸试验样件

表4 高温条件下拉伸试验结果

2 试验结果分析

1)根据常温条件下双面胶带拉伸剪切试验结果，破坏载荷在737～1 482 N，原泡棉双面胶带破坏载荷仅为209.58 N，优化后保温棉固定钉用双面胶带的粘接性能较原来提高了3.5～7倍。

2)根据高低温老化拉伸剪切试验结果，所选用的3种品牌双面胶带的破坏载荷在771～1 450 N，与常温条件下的拉伸剪切试验结果基本无差别，即双面胶带高低温老化后粘接性能基本无变化。

3)根据高温高湿老化后剥离试验结果，产品B和产品C的剥离强度均在200 N/cm以上，产品A剥离强度较产品B和产品C差别很大，建议不选用产品A。

4)根据高温条件下拉伸试验结果，产品B和产品C的粘接性能下降很大，在高温条件下存在掉落风险，建议在固定钉四周施打胶进行二次强化以避免脱落风险。

3 结语

通过对选用的双面胶带进行常温条件下拉伸试验、高低温老化试验、高温、高湿老化试验，以及高温条件下拉伸试验研究，验证了车体侧墙和端墙可以直接使用双面胶带将保温棉固定钉粘贴在车体上，不需要再在固定钉四周施打胶进行二次强化，降低了作业劳动强度和生产成本，提高了生产效率。

由于车体顶盖使用条件存在一定的特殊性，建议顶盖使用优化后双面胶带粘贴后再在固定钉四周施打胶进行二次强化。优化后的保温棉固定钉粘接二次强化用胶量减少了4～5组。目前，优化后的保温棉固定钉粘接方案已在多个城市地铁车辆上应用，使用效果良好，可以在动车组、有轨电车、磁悬浮等车辆上推广应用。