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        水性涂料在鐵路貨車涂裝中的應用

                                               水性涂料在鐵路貨車涂裝中的應用
                                               齊衛明,曾慶國,張曉璐,宋玉強
                    (齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司,黑龍江齊齊哈爾161002)
            摘要:介紹了水性涂料在鐵路貨車上應用中的工藝要求、常見問題的發生及解決措施。
            關鍵詞:水性漆;鐵路重載貨車;涂裝
            中圖分類號:TQ637.81 文獻標識碼:A 文章編號:1672-2418(2015) 02-0015-03
            0 引言
            在鐵路行業中,目前車輛涂裝所采用的涂料大部分是溶劑型涂料。溶劑型涂料中含有較多的揮發性有機化合物(VOC),這些VOC 揮發到空氣中對空氣造成了污染。相比傳統的溶劑型涂料,水性涂料是一種新型、高端的環保涂料,為保護勞動者權益和改善工作環境,現已成功研制出適用于鐵路貨車涂裝的水性涂料。
            1· 鐵路貨車涂裝現狀
            鐵路貨車目前的保有量大約為80 萬輛,按每年新增3 萬輛計,新增涂料消費量約在3 000 t 左右[1],目前大部分使用的是溶劑型涂料。涂料的固體含量一般在50%~70%,即占涂料總量約30%~50%的VOC 在施工成膜過程中會揮發到空氣中,對環境造成污染,對施工人員的身體健康造成損害。
            環保型涂料主要有高固體分(含無溶劑型)、粉末、水性及UV 涂料。其中水性涂料技術目前受到了極大地關注,并取得了可喜的進展,很多產品都已進入到工程化實用階段。
            近年來,大量的不銹鋼或鋁合金開始在鐵路貨車上應用,這些材料表面涂覆涂料時,在未能進行噴砂前處理的光滑金屬表面涂裝如何保證水性涂料的附著力是面臨的一個課題。
            鐵路貨車涂裝工藝基本是一道底涂和一道面涂,兩道涂裝的涂層總厚度要求達到120 μm以上,所以涂料的選擇以厚漿型涂料為主。厚漿型涂料固體含量高,揮發份少,也具有環保涂料的特點,而采用水性涂料也應滿足現有的兩道涂裝的工藝要求。
            相關工廠從2000 年開始陸續進行了涂裝的工藝技改,分別設計建造了封閉式的噴涂作業間,封閉的涂料烘干間,大幅改善了涂裝作業環境,降低了有害溶劑對人體的侵害。盡管采取了一些有效的防范措施,但在日趨嚴格的環保法規約束下,采用水性涂料或其他環境友好型涂料來取代溶劑型涂料已是迫在眉睫。
            2· 水性涂料的應用
            目前水性涂料的研究應用已在多個領域取得突破。水性涂料種類繁多,建筑涂料早已實現了水性化,而水性的木器、地坪、汽車、防火、防腐等涂料產品的研究與應用也異彩紛呈。陰極電泳涂料用于車輛底涂已有多年,技術工藝成熟。鐵路貨車近幾年開始嘗試應用水性涂料,但由于受到傳統工藝的限制,其應用還需要一段歷程。隨著水性涂料的不斷研發和進步,應用將會逐步擴大深入,最終替代溶劑型涂料。
            3· 水性涂料的組成及特點
            水性涂料由水性樹脂與顏料、助劑通過研磨混合后制得。一般通過3 種方式將樹脂水性化,一是在樹脂分子鏈中引入胺基或羧基,再用酸或堿進行中和成鹽的形式來獲得水溶性;二是在樹脂中引入親水基團,如羧基、羥基、氨基、醚基等,乳化分散在水中;三是外加乳化劑強制乳化,形成能分散在水中的乳液。
            水性涂料由于水的表面張力大,污染物容易使涂膜發生縮孔,因此,其在施工過程中對工件表面清潔度要求高[2]。
            另外,水性涂料對活塞式或栓塞式高壓無氣噴涂機的磨損大,因為水分的直接接觸使活塞潤滑不好,活塞桿摩擦系數增大,導致密封環的頻繁更換。
            水性涂料雖然存在一些問題,但通過調整配方加之工藝設備的改進,已逐步適用于鐵路貨車涂裝的要求,由此得到推廣應用。
            4 ·水性涂料在鐵路重載貨車上的應用
            2014 年4 月我們在80 t 鐵路貨車上開始批量使用水性涂料,車體部分為不銹鋼材料,底架部分為碳鋼材料。
            水性涂料貨車涂裝工藝:
            板材拋丸預處理→表面清理→預涂底漆→干燥→表面處理→補涂底漆→涂裝過渡底漆→干燥→涂水性面漆→干燥→涂打標記→交驗。
            水性涂料的技術指標見表1。
            
            4.1 水性涂料應用過程中的關鍵工藝
            (1)涂裝前表面清理
            水性涂料對涂裝表面的清潔度要求特別高,所以涂裝前的表面處理尤為重要,除正常的鋼材預處理外,在涂裝前還要對表面徹底清理,用砂輪、鋼絲刷、砂紙等打磨車體表面,重點清理焊渣、焊縫及燒傷部位,清除車體表面的油污、灰塵等所有的污物。
            為避免由于清理不凈導致的涂層脫落,也可在水性涂料涂裝前預涂一道溶劑型涂料,一般預涂的溶劑型涂料選擇快干型、附著力好的涂料,如醇溶性的乙烯磷化底漆等。
            (2)涂裝底漆
            涂裝前徹底檢查車體表面,確認質量合格后噴涂一道乙烯磷化底漆。乙烯磷化底漆的樹脂為聚乙烯醇縮丁醛,是醇溶型樹脂,與之后涂裝的水性面漆有良好的結合性,同時乙烯磷化底漆對不銹鋼光滑表面有良好的結合力,又名蝕刻底漆。
            乙烯磷化底漆的黏度較低,厚涂性能不好,所以可以采取多次噴涂的方式達到要求的厚度,一般施工黏度控制在35~40 (s 涂-4#杯)。該產品采用雙罐包裝,混合后需要充分攪拌,噴涂間隔時間長時,需要再次攪拌均勻,一般混合適用期為6 h。
            采用高壓無氣噴涂機,壓力比為45∶1,噴嘴型號017-18,進氣壓力為0.4~0.5 MPa。
            (3)底漆干燥
            磷化底漆干燥較快,可以加熱烘干或自然干燥,加熱溫度為40~60 ℃時干燥0.5 h,自然干燥為2 h。
            (4)水性面漆噴涂
            噴涂前徹底檢查車體表面底漆狀態,清除飄落漆渣,較大頑固的顆粒表面需要用砂紙打磨清除。水性涂料噴涂前需要用高速攪拌機充分攪拌均勻,黏度過大時可適量加入潔凈水調試,但加入量不得超過涂料量的5%,涂料的觸變黏度很高,高速攪拌后可適當降低涂料黏度,滿足噴涂要求。
            水性涂料的厚涂性不佳,可以采取連續多次噴涂的方式達到規定的厚度。每次噴涂間隔時間需要>5min,連續噴涂的濕膜厚度不能超過100 μm,否則容易發生墜裂,干膜總厚度應>70 μm。溫度<5 ℃時不能施工。
            (5)水性面漆烘干
            水性面漆可以加熱干燥也可以自然干燥。加熱干燥時在40~60 ℃下烘干,干燥時間>40 min;自然干燥在10 ℃條件下需要2 h。
            4.2 水性涂料施工中需要重點關注的問題
            (1)一般水性涂料的貯存期較短,大多在半年左右,所以要小批量、多批次采購,最好保證存儲期不超過3 個月。
            (2)水性涂料大多采用高壓無氣噴涂,壓力比在45∶1 以上就可以滿足要求,密封環需要采用聚四氟乙烯材質。之前采用牛皮密封環,受水浸泡后容易發漲,阻礙活塞工作,導致無法噴涂。JPT 4532 高壓無氣噴涂機采用機械換向,聚四氟乙烯材質的密封環排量大、壓力比適中,適合水性涂料的噴涂,實際生產中效果良好。
            4.3 漆病及解決措施
            (1)龜裂:主要發生在水性涂料與溶劑型涂料配套涂裝的情況下,后期施工的水性漆涂層中如溶有溶劑型涂料,就容易發生龜裂現象。
            解決措施:噴涂溶劑涂料時需要做好防護,避免溶劑涂料飛散到水性漆的待噴涂部位。
            (2)縮孔:水性涂料以水為介質,當待涂裝面清理不干凈而存在污物時,因為水的表面張力大,容易造成縮孔現象。
            解決措施:徹底檢查待涂裝面狀態,必要時用砂紙對底漆表面拉毛處理,使之具有一定的粗糙度,利于面漆涂裝。
            (3)墜裂:厚涂時,當濕膜厚度超過120 μm時,易發生墜裂現象。
            解決措施:采用多次噴涂的方式,達到規定要求,每次噴涂時間間隔不得<5 min,每次噴涂膜厚控制在30~40 μm(干膜)。
            (4)漆膜脫落:底材清理不干凈、涂料超保質期使用都容易導致水性漆大面積脫落。
            (5)水性涂料保質期通常為6 個月,在使用中發現超過保質期3 個月的水性涂料很容易發生質量不穩定現象,所以必須使用在保質期內的涂料。
            解決措施:加強底材清理質量,加快涂料的運輸周轉,盡可能使用新近生產的產品批次。
            5· 結語
            2014 年在80 t 鐵路貨車上噴涂水性涂料1 000 輛,現在已經在太原鐵路局進行運用考察,服役期中的水性涂料涂膜性能、狀態良好。
        參考文獻
        [1]齊衛明,宋玉強,曾慶國,等. 水性涂料在80t 不銹鋼鐵路貨車涂裝上的應用[J]. 鐵路節能環保與安全衛生,2014,4(4):171-172.
        [2]孫娟. 集裝箱涂料的涂裝及未來發展方向[J]. 科技創新與應用,2012,(9):51-52.


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