我國軌道交通行業從最初的引進、吸收、消化，到近幾年的再創新，實現了跨越式發展，中國制造的軌道交通車輛也實現了自主創新。目前中國制造的軌道交通車輛(機車車輛、動車組、調車機車、地鐵車輛、貨運車輛)已成功進入全球軌道交通市場。
在軌道交通車輛發展過程中，采用膠黏劑的粘接技術也逐步成為軌道車輛材料連接的主流應用技術之一。聚氨酯(PU)膠黏劑具有毒性低、熱穩定性好、力學性能優異、耐油性好、適用基材廣、粘接穩定、彈性優良、耐疲勞性優異和固化速度適中等優點,很好地滿足軌道車輛對減震、降噪、密封等特殊要求，提高了車輛的舒適性和安全性,成為軌道交通車輛主要粘接材料之一。聚氨酯膠黏劑的選擇決定著軌道車輛的產品質量，本文以聚氨酯彈性膠為例，詳細介紹如何在軌道交通車輛上選擇合適的聚氨酯膠黏劑產品。
軌道交通車輛上常用基材包括鋁合金、碳鋼、不銹鋼、玻璃、玻璃鋼、芳綸蜂窩及碳纖維等，粘接前需對基材的表面進行處理。基材常用表面處理方式是打磨、底漆、活化、底涂和陽極氧化等。
2 粘接要求清單
軌道交通車輛上粘接要求可分為9個方面，具體的粘接要求清單見表1。
表1 粘接要求清單
表1中重要的粘接要求包括5個方面。第1項客戶要求方面，膠黏劑配方決定使用壽命，直接影響了粘接接頭的RAMS/LCC;第3項粘接工藝決定了膠黏劑所需組分、表干時間和可操作性時間；第4項生產條件決定了使用前須匹配膠黏劑的參數；第5項載荷由膠黏劑本身的屬性決定，選擇好膠黏劑后就無法變更參數；第9項可行性方面，膠黏劑的成本是否滿足要求也是衡量指標之一。
3 初選膠黏劑
軌道交通車輛生產中，選擇合適的聚氨酯膠黏劑通常會從載荷、粘接工藝、質量保證、成本4個方面綜合考慮。
(1) 載荷。
載荷的原則為設計載荷≤極限載荷，載荷有機械載荷、物理載荷、化學載荷和生物載荷；針對高等級粘接接頭(A1/A2),需要開展粘接設計計算和膠黏劑型式試驗驗證，粘接設計計算合格后方可采用；針對非高等級粘接接頭(A3/Z),通常采用設計載荷與膠黏劑供應商提供的TDS和型式試驗報告對比，結合前期使用經驗、粘接工程師和粘接技師的技術積累進行膠黏劑預選；最后還需考慮膠黏劑產品本身的防火能力。
(2) 粘接工藝。
首先考慮粘接工藝的可操作時間，單組分PU膠黏劑的表干時間和雙組分PU膠黏劑開放時間≥粘接工藝的可操作時間；其次考慮單一粘接接頭的施膠次數，如果單一粘接接頭長寬高尺寸都比較大，可以考慮2次施膠，例如粘接層和密封層分兩次進行；同時PU膠黏劑可操作環境的溫濕度必須滿足產品技術數據單(TDS)的要求；最后考慮針對特定的基材，是否有膠黏劑配套的底涂和活化劑可供使用。
(3) 質量保證。
通常分為可接受和最佳兩種狀態，可接受狀態是指膠黏劑設計壽命≥軌道車輛大修時間周期，最佳狀態是指膠黏劑的設計壽命≥軌道車輛生命周期(以技術升級、翻新車輛時間為節點);由于粘接工藝為特殊工藝，通常會選擇符合最佳使用要求的膠黏劑產品。
(4) 成本。
針對不包含維保業務的項目，通常會選擇可接受狀態的膠黏劑；針對包含后期維保業務的項目，通常會選擇最佳使用要求的膠黏劑。
4 粘接接頭設計計算
對照DIN6701-2:2015和Q/CRRC J 64.2—2020 軌道交通車輛及其零部件的粘接(第2部分：設計),軌道車輛及其零部件的粘接接頭按照安全要求劃分為4個等級，分別為等級 A1、 A2、 A3和Z,詳見表 2。
粘接接頭的安全性等級劃分是由軌道交通車輛設計人員根據粘接接頭全部失效或部分失效的潛在影響進行分類。安全性等級劃分同樣適用于粘接結構的維修。設計、制造和維修的文件資料中應明確對等級 A1 至 A3 和 Z 級的粘接接頭的要求。設計人員負責劃分安全性等級并寫入設計文件。粘接接頭的安全性等級應由粘接監督人員確認。劃分安全性等級 A1 至 A3 的依據應給出說明，并且保留相關記錄。如果在文件中僅標出某一個等級，則認為該等級適用于文件中所有的粘接接頭。安全要求來源于軌道車輛及其零部件粘接接頭的特性，安全性等級劃分的目的是提高軌道車輛的安全性，保護相關的人、設備和環境。
4.2 設計計算
在軌道交通車輛行業對聚氨酯膠黏劑粘接接頭進行設計計算時，通常將設計載荷和載荷極限進行對比，為了確保軌道車輛的安全性，會設置一定的安全系數，以保障車輛運行的安全，安全系數=載荷極限/設計載荷。設計計算通常涉及應力和應變兩個方面。在應力計算中，通常將拉伸力在各種工況下的壓力、拉力、疲勞納入計算，剪切力的蠕變、室溫、低溫和高溫狀態納入計算。載荷極限通常為該粘接接頭對應狀態下的型式試驗數據。在應變計算中，將設計膠層要求與膠層最低要求進行對比，同時還須考慮實際施膠時膠層的寬度/厚度比例，通常為2∶1。按照前期軌道交通車輛的經驗，設計計算過程中安全系數通常設置為≥5。
5 型式試驗驗證
考慮到軌道交通車輛的公共交通屬性、30年以上的使用壽命和高速運動的常態，其膠黏劑對型式試驗驗證要求也較為苛刻，特別是針對A1/A2粘接接頭，通常10～15年不會進行膠黏劑更換；目前采用以下4類試驗對粘接接頭進行加速老化：濕熱老化、UV老化、鹽霧老化和DIN6701-3(鐵路車輛及其部件的粘接，第3部分：鐵路車輛粘接連接的設計和驗證指南)。針對聚氨酯膠黏劑粘接接頭，軌道交通車輛行業推薦采用濕熱老化測試標準為：ISO 9142 和DVS 1618;其中ISO 9142為目前廣泛采用的方法之一，軌道車輛內部粘接通常采用D3曲線測試，外部粘接采用D4曲線測試。推薦采用UV老化測試標準為ISO 4892-3 方法A 循序2測試。推薦采用鹽霧老化測試標準為GB/T 10125,DIN6701-3中推薦采用附錄C中的M1-M14。
針對軌道交通車輛粘接接頭驗證方法，推薦采用以下3種驗證方法：拉伸測試(GB/T 528)、剪切測試(GB/T 7124)和膠條剝離測試(EN 54457)。鑒于軌道交通車輛高速化、公共交通屬性，針對聚氨酯彈性膠的破壞模式為內聚破壞(≥95%)。
針對A1/A2粘接接頭用粘接膠黏劑，須完成濕熱老化、UV老化、鹽霧老化和DIN6701-3(M1-M14)實驗，密封用膠黏劑通常須完成濕熱老化、UV老化、鹽霧老化試驗驗證。
6 粘接接頭確認
軌道交通車輛用粘接接頭確認如下：(1)準備要求清單；(2)預選膠黏劑和表面處理方式；(3)確定粘接接頭所能承受的最大載荷/應力；(4)優化粘接直至以下情況：實際載荷和應力×安全系數<膠黏劑的承載能力或所能承受的的最大應力。
7 總結
綜述了PU膠黏劑應用在軌道交通車輛粘接接頭的選型步驟：選擇基材及其表面處理方式；確認粘接接頭要求清單；初選膠黏劑；粘接接頭分級和設計計算(A1/A2),確保設計計算載荷小于型式試驗極限載荷；粘接接頭型式試驗；確定粘接接頭。通過以上6個步驟，可以為軌道交通車輛選擇一款合適的PU膠黏劑。
