李 麗，李善文，楊愷君，王慧翠，李江江，汪 杰，宋 震

(1中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島 266111；2 海洋化工研究院有限公司，山東 青島 266071)

根據(jù)中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司（以下簡稱中車公司）粘接體系（DIN 6701）要求以及工藝、質(zhì)量管理的要求，同時(shí)結(jié)合中車公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)平臺(tái)、材料、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要對不同產(chǎn)品、不同粘接接頭、粘接材料、基材、結(jié)構(gòu)等都要進(jìn)行大量的試驗(yàn)。龐大的基礎(chǔ)試驗(yàn)給粘接工藝設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的管理等帶來了不便。為了便于系統(tǒng)進(jìn)行粘接的相關(guān)試驗(yàn)，為粘接工藝設(shè)計(jì)提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持，開展粘接工藝設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究。

使用STP 1921膠黏劑體系制作標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣件及模擬結(jié)構(gòu)樣件，按照DIN 6701的要求，通過耐水、耐高溫、耐濕熱、耐低溫等試驗(yàn)，考察STP 1921膠黏劑在不同底材上的粘接力，同時(shí)開始施涂底涂劑的平行試驗(yàn)，考察不同環(huán)境下膠黏劑產(chǎn)品的服役性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)樣件制備工藝

制樣環(huán)境條件：23℃±2℃，50%±5% RH。

剪切樣件的制備：剪切強(qiáng)度測試樣件材質(zhì)為鋁合金板材+8mm厚普通浮法玻璃；耐酸性、耐堿性試驗(yàn)樣件材質(zhì)為5mm厚普通浮法玻璃；剪切強(qiáng)度試樣膠層厚度（3±0.5）mm。試驗(yàn)基板均經(jīng)除油處理。按照GB/T 7124-2008要求制樣及試驗(yàn)。下層基材為鋁合金，上層基材為玻璃。使用清潔布醮酒精擦拭玻璃和鋁合金板表面，單向多次擦拭后干燥10min，達(dá)到表面無灰塵、油污等污物殘留，鋁合金及玻璃面分別用毛刷刷涂底涂劑，晾干30min，然后涂打膠黏劑，膠層厚度控制（3±0.5）mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

DIN 54457-2014中附錄A規(guī)定了如下循環(huán)老化試驗(yàn)條件[1-3]：

（1）固化7天后，測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第一階段）；

（2）在20℃的全脫鹽水中存放7天，在室溫條件下調(diào)節(jié)2h后測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第二階段）；

（3）在80℃環(huán)境中存放1天，從烘箱中取出后直接測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第三階段）；

（4）在80℃環(huán)境中存放1天，從烘箱中取出后2h測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第四階段）；

（5）在70℃的飽和濕度下存放7天（即泥敷劑法），在室溫條件下調(diào)節(jié)2h測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第五階段）；

（6）在-40℃的環(huán)境中存放1天，取出后直接測試評價(jià)膠黏劑與底材的粘接性能（第六階段）。

每一個(gè)階段在相應(yīng)的環(huán)境條件下放置后，分別在環(huán)氧底漆表面、聚氨酯面漆表面、不銹鋼表面、不銹鋼表面（打磨）、鋁表面、鋁表面（打磨）、酚醛玻璃鋼表面、酚醛玻璃鋼表面（打磨）、酚醛玻璃鋼膠衣、酚醛玻璃鋼膠衣（打磨）等10種不同的底材表面測試STP 1921的粘接性能。同時(shí)，做一組平行試驗(yàn)，在10種底材表面先施涂1760底涂劑，然后再測試STP 1921的粘接性能。

2 結(jié)果與討論

STP 1921粘接體系在不同底材上的粘接試驗(yàn)結(jié)果見表1。STP 1921粘接體系在不同底材（施加底涂劑）上的粘接試驗(yàn)結(jié)果見表2。不同條件下的粘接狀態(tài)如圖1～圖10所示。

圖1 環(huán)氧底漆表面試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 1 State of epoxy primer surface before and after test

圖2 聚氨酯漆表面試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 2 State of polyurethane paint surface before and after test

圖3 不銹鋼表面試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 3 Stainless steel surface before and after test

圖4 不銹鋼表面(打磨)試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 4 State of stainless steel surface (grinding) before and after test

圖6 鋁表面(打磨 )試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 6 State of aluminum surface (grinding) before and after test

圖7 酚醛玻璃鋼試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 7 State of phenolic FRP before and after test

圖8 酚醛玻璃鋼(打磨)試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 8 State of phenolic FRP (polished) before and after test

圖9 酚醛玻璃鋼膠衣試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 9 State of phenolic FRP gelcoat before and after test

圖10 酚醛玻璃鋼膠衣(打磨)試驗(yàn)前后的狀態(tài)Fig. 10 State of phenolic FRP gelcoat (grinding) before and after test

表1 STP 1921粘接體系在不同底材上的粘接試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Bonding test results of STP 1921 bonding system on diff erent substrates

表2 STP 1921粘接體系在不同底材(施加底涂劑)上的粘接試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Bonding test results of STP 1921 bonding system on different substrates (with substrate coating)

綜合分析表1、表2和圖1～圖10，可以看出：

環(huán)氧底漆表面+STP 1921粘接體系在耐水試驗(yàn)后出現(xiàn)80%的粘附破壞，耐高溫試驗(yàn)后粘接破壞形式恢復(fù)100%CF，該體系的耐水性較差，經(jīng)過高溫試驗(yàn)后滲入的水蒸發(fā)，粘接力恢復(fù)；經(jīng)過70℃飽和濕度試驗(yàn)后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失，低溫試驗(yàn)后膠條同樣失去粘接力。該粘接體系的耐水、耐濕熱性、耐低溫性未能通過測試。環(huán)氧底漆表面+1760底涂劑+STP 1921粘接體系在耐水及高溫試驗(yàn)后粘接破壞形式為100%CF，粘接良好；經(jīng)過70℃飽和濕度試驗(yàn)后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失；低溫試驗(yàn)后該體系的破壞為100%粘附破壞。該粘接體系的耐濕熱性、耐低溫性未能通過測試。

聚氨酯面漆+STP 1921粘接體系在耐水及耐高溫試驗(yàn)后粘接破壞形式為100%CF；經(jīng)過70℃飽和濕度和低溫試驗(yàn)后，膠條可直接用手撕下，粘接力完全喪失。聚氨酯面漆+1760底涂劑+STP 1921粘接體系在循環(huán)老化試驗(yàn)后破壞形式均為100%膠黏劑內(nèi)聚破壞，粘接力良好，在耐濕熱試驗(yàn)后聚氨酯面漆出現(xiàn)從底材脫落情況，但仍與STP 1921膠黏劑有良好的粘接力，該體系通過循環(huán)老化測試。1760底涂劑的使用對該粘接體系的耐濕熱性能和耐低溫性能有顯著提升。

不銹鋼表面和不銹鋼表面（打磨）與STP 1921 2種粘接體系在循環(huán)老化試驗(yàn)后破壞形式均為100%膠黏劑內(nèi)聚破壞，粘接力良好。使用底涂劑后，兩個(gè)粘接體系也通過了循環(huán)老化試驗(yàn)，STP 1921膠黏劑在不銹鋼表面具有良好的粘接力。

鋁表面+STP 1921粘接體系在耐水、耐高溫試驗(yàn)后破壞形式為100%膠黏劑內(nèi)聚破壞，但經(jīng)過濕熱和耐低溫試驗(yàn)后大部分膠黏劑能直接從鋁表面上揭下。鋁表面（打磨）+STP 1921粘接體系經(jīng)過經(jīng)過濕熱和耐低溫試驗(yàn)后，相比鋁表面，膠黏劑更容易從表面揭下，粘接力基本喪失。增加底涂劑后，鋁表面+STP 1921粘接體系在整個(gè)循環(huán)試驗(yàn)過程中，粘接破壞形式均為100%CF，粘接力顯著提升。鋁表面（打磨）+STP 1921粘接體系經(jīng)過濕熱和耐低溫試驗(yàn)后，膠黏劑破壞形式接近100%AF，粘接力下降。打磨處理會(huì)降低粘接體系的粘接性能。

酚醛環(huán)氧玻璃鋼+STP 1921粘接體系耐水后可直接從底材表面上揭下，粘接力喪失；高溫試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)和耐低溫試驗(yàn)后，破壞形式恢復(fù)為100%CF，粘接力提升。打磨后，粘接體系破壞形式為100%AF，粘接力喪失。增加底涂劑后，粘接體系的粘接性能和不施加底涂劑的表現(xiàn)基本一致。打磨處理會(huì)降低粘接體系的粘接性能。

酚醛環(huán)氧玻璃鋼膠衣+STP 1921粘接體系，濕熱試驗(yàn)后，膠黏劑破壞形式為100%AF，膠黏劑可直接從底材表面上揭下，粘接性能降低；耐低溫試驗(yàn)后，粘接體系又能達(dá)到100%膠黏劑內(nèi)聚破壞，粘接性能恢復(fù)。增加底涂劑或打磨底材表面不影響粘接體系的粘接力。

3 結(jié)論

沒有施加底涂劑的STP 1921膠黏劑粘接體系，應(yīng)用于不銹鋼表面時(shí)，通過了全部條件下的粘接性能試驗(yàn)，其在不銹鋼底材上使用性能優(yōu)異。施加底涂劑的STP 1921膠黏劑粘接體系中，應(yīng)用于聚氨酯面漆和不銹鋼表面時(shí)，通過了耐水、耐熱、耐濕熱、耐低溫性能等試驗(yàn)，在這4種環(huán)境中使用性能優(yōu)異；該體系在環(huán)氧底漆表面、聚氨酯面漆、鋁表面、鋁表面（打磨）、酚醛玻璃鋼、酚醛玻璃鋼（打磨）、酚醛玻璃鋼膠衣表面的耐濕熱性能和耐低溫性能較差，不建議應(yīng)用于高溫、高濕及低溫地區(qū)運(yùn)行環(huán)境。