碳纤维上玻璃粘接

方红冬

摘要：通过对中唐空铁列车前挡风玻璃在试件粘接过程中存在的问题，进行原因分析，并制定措施，然后进行相关试件的试验验证，最终解决了前挡风玻璃安装的问题，提高了中唐空铁列车的粘接质量。

关键词：空铁列车  粘接  前挡风玻璃

一、问题的提出

1-2020年下半年，公司承接了中唐空铁列车的制造任务，由于该列车为全透明型空中列车，涉及到大量的粘接工序作业，同时，也采用了新材料粘接技术，增加了其粘接难度。其中前挡风玻璃粘接就属于新工艺。

前挡风玻璃粘接在司机室头罩上，而头罩属于碳纤维材料，对于公司工艺和操作人员来说，碳纤维材料与玻璃的粘接属于新材料的粘接工艺。同时，列车在运行过程中，前挡风玻璃会受到一定的压力和剥离力，其粘接质量至关重要，会直接影响到列车的运质量。

二、试件制作

由于粘接接头涉及到新材料和新工艺。粘接接头材料为碳纤维，其粘接粘附性较差，因此，需要使用粘接试件对材料的粘接粘附性进行验证和判定。

试件制作流程为：用异丙醇对试件粘接表面清洁→晾干15min→粘接表面打磨→再次用异丙醇清洁→晾干15min→涂活化剂→晾干15min→涂底涂剂→晾干15min→粘接→固化7天。

然后对粘接接头进行了胶条剥离检测试验和老化检测试验。通过试件的检测结果来看，其粘接接头粘附很好，粘附率大于99%以上，符合标准即用户提出的大于95%的要求。参见附图1。

附图1：胶条剥离图示

由于试件和实物之间存在一定的差异，为确保粘接接头可靠，在司机室头罩到后，再次按照作业指导书的参数要求，在司机室头罩粘接面上，制作了胶条剥离粘接接头试件。如图2所示。

1-头罩（碳纤维）；2-胶条试件

附图2：头罩上的粘接胶条图示。

在胶条干燥后，对胶条进行了剥离试验检查，发现胶条剥离后出现了粘附破坏现象，内聚破坏小于75%的现象。如图3所示。

附图3：胶条剥离图示

从实物上的胶条剥离结果可以看出，头罩粘接面对胶条粘接的粘附性存在问题，出现了大面积没有粘附的情况。

三、原因分析及措施

根据出现的问题，进行原因分析。

首先，粘接工艺技术参数。根据该工艺方法和工艺技术参数，制作的标准粘接试件，其检测结果表现良好，说明粘接工艺参数不存在问题。

其次，粘接表面打磨。玻璃纤维属于高分子聚合物，头罩在制作过程中，为保证头罩的曲面和形状尺寸，需要使用磨具进行浇铸。在头罩成型后，需要进行脱模，因此，在头罩制作中，在头罩表面涂有一层脱模剂，而脱模剂的可粘性极差，几乎不可粘接。也就是说，如果表面脱模剂在打磨过程中没有完全去除，会使表面粘附效果明显下降。

因此，打磨时，对头罩前挡风玻璃的粘接面进行了精心打磨，打磨后进行了专项检查，确保头罩上前挡风玻璃的粘接面上的脱模剂完全去除。同时，为保证碳纤维材质本体的强度不被破坏，打磨时，不能破坏掉材质的纤维部分。

第三，粘接表面的清洁、活化和涂底涂。

头罩表面的清洁、活化和涂底涂过程严格受控，在头罩剥离胶条制作过程中，清洁、活化和涂底涂严格按照标准试件制作流程和参数进行控制，无明显操作缺陷，期间不存在不受控的因素。

其中，涂底涂时，使用了高密度海绵进行底涂的刷涂，确保表面的底涂均匀且薄。在制作中，制作两条胶条，其中一条使用高密度海绵涂抹（标号胶条1），另外一条采用无纺布进行涂抹（标号胶条2）。

第四，施胶。

在粘接表面施胶后，分开进行施胶工艺，一条使用胶枪自然施胶，即打出的胶条在头罩粘接面上自然成型接触（标号胶条1）。另一条胶条在施胶完成后，对胶条表面进行规整，并将胶条压制成一定的形状（标号胶条2），即使胶条与碳纤维头罩粘接面受力，增加胶条与粘接面的接触力。

带胶条干燥后，对胶条进行剥离，检测其表面粘附效果，1#胶条和2#胶条表面粘附检测结果见附图4。

    

附图4：优化后的胶条剥离试验

从检测结果来看，2#试件胶条试件的表面粘附符合要求。

因此，在中唐空铁车前挡风玻璃粘接工艺中，采取了如下措施，对工艺进行优化。

1）提高表面打磨质量。即在打磨工序中，为确保头罩粘接面的脱模剂完全去除，在粘接面打磨完成后，由粘接负责人进行了专项检查，确保粘接表面符合要求。

2）提高底涂涂抹质量，更改底涂涂抹方式。头罩粘接面的底涂使用无纺布进行涂抹，确保粘接面涂抹的底涂均匀且薄。

3）施胶过程中，增加施胶量。即在施胶时，在粘接面上尽量打满胶，同时增加施胶胶条的高度，使胶粘剂在前挡风玻璃粘接后被挤出粘接缝，从而实现粘接面受压的目的。

四、结论

通过采取了上述优化措施，并通过在碳纤维头罩上进行粘接试验验证，保证了前挡风玻璃的粘接接头质量。