水性涂料在轨道客车行业的应用

    全球涂料网讯：
    孙剑爽（长春轨道客车股份有限公司，长春130062）

    摘要：从轨道客车涂装功能性及水性涂料涂层设计、轨道车辆用水性涂料性能要求等角度分析了水性涂料与传统溶剂型涂料的差异。同时结合在一种城铁车上试用水性涂料存在的问题，分析了在轨道车辆上应用水性涂料的可行性。

    关键词：水性涂料；轨道客车；涂层设计；性能要求

    0·引言

    随着近年来高速动车组技术及城市轨道车辆技术的发展，我国已经是世界上最大的轨道车辆制造国之一，轨道客车的年产量已经突破10000辆大关。目前，我国轨道客车涂装大多以溶剂型涂料为主，其中大量的VOC排放对环境造成的污染日趋严重。另外，溶剂型涂料中含有大量易挥发的有机溶剂，挥发出的有机废气通过呼吸直接作用于人体，对人体产生伤害。同时，溶剂型涂料在气压作用下形成的雾化粉尘颗粒物极易吸附在接触者身上，是潜在的致癌物质。为了保护人类共同生存的环境，现今涂装行业的发展趋势是低公害、无公害化，倾向于使用环境友好型材料。

（日本“新干线”列车）

    随着涂装技术的不断发展，涂装材料也在不断更新换代，水性涂料是在发展过程中涌现的新生代涂料系列产品。伴随世界各国对VOC排放量要求降低的法律法规及标准的逐渐出台，水性涂料势必会替代或部分替代传统溶剂型涂料，成为涂装行业中必不可少的一员。我们有必要从涂层的设计、涂料的选用、涂料本身的性能及施工方法等方面进行深入研究和技术积累。

    1·轨道客车涂装功能性分析及水性涂料涂层设计

    目前我国轨道车辆车体材质以铝合金、不锈钢、碳钢为主。其中不锈钢车体的轨道车辆主要采用拉丝钝化技术，免涂装；由于碳钢车体车身较重，随着新型铝合金材料的大面积使用，其使用量也逐步减少。本文着重探讨铝合金车体应用水性涂料的问题。

    从车辆角度讲，铝合金车体在自然环境下没有足够的防腐蚀能力确保车辆车体全寿命周期不损伤，所以必须涂底漆进行防腐蚀处理。车体平整度要求为

    2mm/m，而车辆的表面装饰效果较高，所以必须涂腻子。面漆涂层是为了实现装饰性要求，是必不可少的。

    从水性涂料角度讲，由于水性涂料的溶剂—水的表面能为72mN/m，溶剂型涂料的溶剂的表面能为25mN/m，所以水性涂料对于基材的润湿效果较溶剂型涂料差很多，易形聚堆成“油滴”。目前最常见的铝合金前处理方式有打磨、打砂、氧化等。其中提高水性涂料最有效的方式是通过打砂提高基材的比表面积，提高水性涂料与基材的机械结合力。其他2种处理方式不适宜喷涂水性涂料。

    对于面漆涂层，目前有2种常用的涂层，一种是实色面漆，一种是底色罩光漆体系。其中对于分色较少且规则的工业化设计，较宜采用实色面漆。而对于分色复杂、金属色的较宜采用底色罩光漆体系。其中水性底色罩光体系还具有施工较易上光、分色方便、耐涂鸦、耐侯性能优异的特点。基于上述理论分析，设计出应用于铝合金车体的水性涂料涂层结构，见表1。

    2·轨道车辆用水性涂料性能要求

    基于溶剂型涂料的使用经验及水性涂料的特性，通过大量的常规性能试验，总结出铝合金车体用水性涂料性能要求，见表2。

    3·实际施工中遇到的问题

    基于前期的涂层结构设计及实验室性能试验，效果较为理想，我们在一种城铁低地板车上应用水性涂料，其中有很多细节需要重视。

    3.1前处理

    俗话说：“三分涂料，七分涂装”，而涂装质量的好坏关键在于前处理，选取合适的前处理方式至关重要。由于水性涂料的表面能较溶剂型涂料低3倍以上，水性涂料在光滑的铝合金金属表面很难起到很好的“润湿”效果，所以要求铝合金基材必须进行打砂处理，Ra≥5μm。如果基材较薄不能打砂，则只能通过打磨处理，喷涂溶剂型环氧底漆。

    3.2涂料的搅拌

    由于水性涂料大多为水分散型，需要施加剪切力把主剂固化剂等物质充分混合。水性涂料配制过程中必须使用专用的搅拌器，遵从严格的混合方法（边加入固化剂边搅拌，然后再加入去离子水稀释）进行操作。保证涂料成膜后性能不会衰减。

    3.3涂料的混合后可用时间

    水性涂料的混合后可用时间为2~4h不等（具体产品种类间有差异），必须严格控制混合后的适用时间，超过适用时间的涂料不能使用。超过适用时间的涂料外观无明显变化，一旦误操作，使用超过适用时间的涂料，则会出现涂料脱落、不干、粉化等现象，对产品质量产生影响。

    3.4稀释剂的使用

    水性涂料的主要稀释剂是水（也有少数厂家在稀释剂中加入助剂以提高某一方面的性能），水的选用至关重要，生产中常用的是去离子水，它去除了水中的阴阳离子，保证涂料在一个稳定的液体介质中反应。

    同时一定要控制水的添加量，以调整黏度便于施工为宜，但是不宜添加过多，一般底漆的添加量为原漆的20%以下，中涂、面漆中的添加量为原漆的15%以下。添加稀释剂过多会影响漆膜的干燥，产生缺陷。同时会影响主剂固化剂的交联，影响成膜后的最终性能。

    3.5施工环境

    喷涂施工时需要较严格地控制环境条件，温度18~30℃。相对湿度30%~80%，喷漆室内风速0.5m/s。实践证明，保证上述条件可以更好地保证涂料功能（防腐、颜色、光泽）的实现。如果上述条件无法达到，施工中会出现很多问题，这些问题都是我们在日常生产中可以通过调整施工参数避免的。

    3.6涂层的强制性干燥

    由于需要配合车间连续性生产节拍，大多数喷涂完毕的涂层是需要强制性干燥的。需要注意的是，强制性干燥前我们需要闪干20~30min，再60℃烘烤2h。上述条件为最优条件，一旦控制不好就容易出现缩孔、痱子等缺陷。

    3.7水性涂层的修补

    由于水的溶解性较差，所以水性涂料接口水必须使用弱有机溶剂，其溶解性不宜过强，太强会出现面漆不着色、花斑等问题。同时其溶解性也不宜太弱，溶解性不强会出现接口不溶的现象，影响外观。

    3.8废水的处理

    如果采用水旋式喷漆室，必须选用合适的漆雾凝絮剂，保证漆雾可以聚集悬浮于水池，便于打捞。在废水处理的最后一步，必须进行酸碱中和，保证排除的污水符合环保要求。

    4·结语

    随着工业的发展，人们越来越重视对环境有益的生产工艺。涂装行业责无旁贷，必须朝着环境友好型涂装的方向发展，这就要求我们涂装人细致研究各种对环境有益的涂料。水性涂料刚刚起步，我们需要做的工作还有很多，必须在今后的工作中，不忘保护环境的初衷，保证产品质量、设计需求，综合考虑多种复杂因素，把水性涂料开发工作做实。（来源：全球涂料网）（更多资讯请登录：全球涂料网 http://www.soutuliao.com/）