雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料在城軌車(chē)輛上的應(yīng)用

康解云*，尹愛(ài)平（1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院，上海 01804；.中國(guó)中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 41001）

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雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料在城軌車(chē)輛上的應(yīng)用

康解云1, 2,*，尹愛(ài)平2
（1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院，上海 201804；2.中國(guó)中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司，湖南 株洲 412001）

作者聯(lián)系方式：(E-mail) jieyunkang@163.com。

摘要：介紹了雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料在城軌車(chē)輛上的應(yīng)用。該涂料解決了常用防火涂料與涂層體系配套性差的問(wèn)題，且減少了涂層結(jié)構(gòu)，縮短了工時(shí)，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性更好。相關(guān)試驗(yàn)證明了其涂膜具有很好的防火和機(jī)械性能，未來(lái)應(yīng)用將更廣泛。關(guān)鍵詞：雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料；城軌車(chē)輛；防火；配套性

2003年韓國(guó)大邱地鐵火災(zāi)事故敲響了全世界軌道車(chē)輛安全的警鐘，防火性能成為衡量它們可靠性、安全性的重要指標(biāo)之一。BS 6853《載客列車(chē)設(shè)計(jì)與構(gòu)造防火適用規(guī)范》、DIN 5510-1《軌道車(chē)輛防火措施》、NFF 16－101《鐵路車(chē)輛防火材料的選擇》、EN 45545《鐵路應(yīng)用──鐵路車(chē)輛防火》等標(biāo)準(zhǔn)在城軌車(chē)輛中得以應(yīng)用[1]。優(yōu)異的地板結(jié)構(gòu)可保證其在車(chē)底發(fā)生火災(zāi)時(shí)不垮塌，內(nèi)部橡膠地板布的表面溫度不會(huì)過(guò)高，以延長(zhǎng)從發(fā)生火災(zāi)到旅客脫離危險(xiǎn)的時(shí)間。司機(jī)室后隔墻可在客室發(fā)生火災(zāi)后一段時(shí)間內(nèi)為司機(jī)提供相對(duì)安全的駕駛空間。

噴涂防火涂料是目前城軌車(chē)輛防火結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的一項(xiàng)措施，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，簡(jiǎn)便且有效。防火涂料種類(lèi)很多，按組成可分為厚型非膨脹型和膨脹型。厚型非膨脹型防火涂料主要通過(guò)自身的隔熱作用和某些受熱反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)防火，其典型問(wèn)題是外觀較粗糙，且常發(fā)生可見(jiàn)開(kāi)裂、脫落等，不適宜對(duì)美觀及防火性要求較高的場(chǎng)合。膨脹型防火涂料是受熱達(dá)到一定溫度后，涂層中將產(chǎn)生發(fā)泡氣體，使其膨脹成泡沫狀炭質(zhì)絕緣層，隔離火焰與基材，從而阻止基材達(dá)到燃點(diǎn)和破壞溫度。

筆者所在公司的城軌車(chē)輛地板的防火設(shè)計(jì)采用如下結(jié)構(gòu)：最上層為橡膠地板布，中間層為蜂窩板，底架下層為鋁型材組焊地板；蜂窩板與地板間用自粘型橡膠塊支承，鋁型材下表面噴涂防火涂料。通過(guò)在常規(guī)鋁蜂窩墻板、鋁蜂窩門(mén)板及門(mén)框的受火面上噴涂一定厚度的防火涂料來(lái)實(shí)現(xiàn)司機(jī)室后隔墻的結(jié)構(gòu)防火功能。

1 原防火涂料在軌道車(chē)輛上的應(yīng)用

城軌車(chē)輛上普遍使用的膨脹型防火涂料一般是單組分溶劑型丙烯酸防火涂料。該涂料應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，但涂層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，成本相對(duì)較高，對(duì)環(huán)境影響較大。另外，其表面一般較粗糙，用于客室等外觀要求較高的部位需進(jìn)行膩?zhàn)诱移胶蛧娡棵嫫?。地板和司機(jī)室后隔墻的涂層結(jié)構(gòu)如表1所示。按BS 6853進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)，二者完整性和隔熱性分別可達(dá)45 min和30 min以上。

表1 原城軌防火涂層配套體系設(shè)計(jì)Table 1 Original fire-retardant coating system for railway vehicles

但是，在噴涂司機(jī)室后隔墻時(shí)發(fā)生了某型防火涂料與其他涂層不配套的問(wèn)題，如膩?zhàn)诱已a(bǔ)產(chǎn)生咬底、起皺，中涂漆起泡等缺陷，如圖1所示。

圖1 原常用防火涂料與其他涂層不配套所造成的缺陷照片F(xiàn)igure 1 Photos showing the defects caused by application of original common fire-retardant coating unmatched with other coatings

2 雙組分無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂料在城軌車(chē)輛上的應(yīng)用

為解決上述問(wèn)題，首次使用了西卡公司的Sika Unitherm Platinum雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

2. 1 涂料的施工方法

對(duì)基材進(jìn)行噴砂，表面粗糙度大于6.3 μm；用丙酮對(duì)表面進(jìn)行清潔除油；采用帶加熱系統(tǒng)的WIWA FlexiMix 2 Professional高效雙組分噴涂機(jī)噴涂防火涂料。要求基面和環(huán)境溫度不低于10 °C，且施工溫度至少比露點(diǎn)溫度高3 °C，相對(duì)濕度不超過(guò)85%。另外應(yīng)確?；姹砻鏌o(wú)濕氣層，以免影響涂層與基面的粘結(jié)牢度。

噴涂準(zhǔn)備：移除設(shè)備上所有過(guò)濾器，安裝儲(chǔ)存罐，使用專用溶劑清潔設(shè)備，并測(cè)試設(shè)備壓力。

加熱器調(diào)試：加熱溶劑到25 ～ 35 °C，對(duì)加熱器和加熱管進(jìn)行預(yù)熱。

加料準(zhǔn)備：將A組分置于壓盤(pán)泵下面，注意在排料口排出所有空氣，根據(jù)供料速度調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力。將B組分倒入重力料罐，在控制面板上設(shè)定混合比例為V(A)∶V(B) = 5.55∶1.00。在混合器出口排料至原料里沒(méi)有空氣并通過(guò)測(cè)試口測(cè)試配比3次以上，合格后連接管路和噴槍。

噴涂：開(kāi)啟料泵，初始?jí)毫? kg(根據(jù)需要提高壓力)，噴涂壓力在200 kg左右，采用孔徑0.019″ ～ 0.025″的噴嘴以20° ～ 40°噴涂。

清洗：使用系統(tǒng)連接的清洗泵清洗混合器、涂料管和噴槍，檢查噴槍出口無(wú)殘?jiān)蠓娇山Y(jié)束清洗。需取出靜態(tài)混合器內(nèi)的金屬混合節(jié)獨(dú)立清洗。

停機(jī)：每天停機(jī)時(shí)，必須排出定量系統(tǒng)和混合器以及涂料管內(nèi)的涂料，并關(guān)閉加熱器。

2. 2 涂層結(jié)構(gòu)

防火涂層噴涂完畢，在20 °C下12 h表干、24 h完全固化。待涂層完全固化后根據(jù)需要進(jìn)行原子灰(膩?zhàn)?找補(bǔ)，噴涂中涂、面漆，要求面漆光澤度、色差滿足設(shè)計(jì)要求。地板與司機(jī)室后隔墻的涂層結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。

表2 現(xiàn)城軌防火涂層配套體系設(shè)計(jì)Table 2 Present fire-retardant coating system for railway vehicles

3 雙組分無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂料的優(yōu)勢(shì)

3. 1 涂料施工性

使用雙組分無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂料可不用防腐底漆，單層噴涂厚度可達(dá)4 mm，且一天內(nèi)即可固化。涂層表面平整光滑(見(jiàn)圖2)，在無(wú)顏色特殊要求、不考慮黃變等情況下，可不用面漆。用于高裝飾性部位時(shí)也只需少量原子灰找補(bǔ)并噴涂面漆。另外由于其雙組分特性，適用于目前城軌車(chē)輛普遍使用的“環(huán)氧底漆+不飽和聚酯膩?zhàn)?丙烯酸聚氨酯面漆”的涂裝體系，與現(xiàn)有底漆、膩?zhàn)?、面漆配套性良好，解決了防火涂層與其他涂層不配套的問(wèn)題。

圖2 雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料涂膜的外觀Figure 2 Appearance of the cured film obtained from two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating material

在20 °C左右，原涂層結(jié)構(gòu)與現(xiàn)涂層結(jié)構(gòu)施工周期見(jiàn)表3?？芍谏鲜鎏攸c(diǎn)，使用雙組分無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂料的涂層結(jié)構(gòu)施工周期大大縮短，由于涂層減少，施工周期縮短，物料與人工成本也顯著降低。

表3 原涂層與現(xiàn)涂層體系施工周期的比較Table 3 Comparison of construction period between original and present coating systems

3. 2 涂膜性能

普通單組分防火涂層的耐候性差，對(duì)水和化學(xué)品敏感，而鋁基材上單層防火涂料(干膜厚700 ～ 1 000 μm)的相關(guān)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。可見(jiàn)雙組分無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂層即使不噴涂面漆，也具有優(yōu)異的性能。

表4 雙組分無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料涂膜的性能Table 4 Performances of the cured film obtained from two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating

3. 3 防火性能

根據(jù)BS 6853:1999《載客列車(chē)設(shè)計(jì)與構(gòu)造防火適用規(guī)范》、BS 476-20:1987《建筑材料及構(gòu)件的燃燒試驗(yàn) 建筑構(gòu)件耐火測(cè)定方法(一般原理)》、BS 476-22:1987《建筑材料及構(gòu)件的燃燒試驗(yàn) 建筑非承重構(gòu)件的耐火測(cè)定方法》，用地板涂層進(jìn)行了如圖3所示的溫升試驗(yàn)，背部溫升曲線如圖4所示?？梢?jiàn)平均溫升112.6 °C，最高溫升143.9 °C，滿足車(chē)體地板結(jié)構(gòu)在著火情況下45 min內(nèi)保持完整，且背火面平均溫度不超過(guò)250 °C，最高溫度不超過(guò)300 °C的要求。受火面及背火面試驗(yàn)前后的照片如圖5所示?？梢?jiàn)試樣未失去完整性。而試驗(yàn)中地板背部也未出現(xiàn)火焰、裂縫等。

圖3 試驗(yàn)溫升曲線Figure 3 Curves for the temperature rise test

圖4 背火面溫升曲線Figure 4 Temperature rise curves for unexposed side

圖5 受火面及背火面溫升試驗(yàn)前后的照片F(xiàn)igure 5 Photos showing the appearance of exposed and unexposed sides before and after temperature rise test

3. 4 環(huán)保性能

無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料的溶劑含量極低，大大降低了大氣中VOC的排放量，使用過(guò)程中對(duì)施工人員健康影響小，同時(shí)產(chǎn)品維修時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境影響小，基本不存在火災(zāi)和爆炸的危險(xiǎn)，環(huán)保性能大大提升。

4 結(jié)語(yǔ)

目前城軌車(chē)輛使用的防火涂料主要是單組分溶劑型防火涂料，存在施工周期長(zhǎng)、需要涂裝底漆、配套涂層過(guò)厚、膩?zhàn)訉右组_(kāi)裂、中涂層易起泡、總體施工周期過(guò)長(zhǎng)等諸多問(wèn)題。盡管無(wú)溶劑膨脹型環(huán)氧防火涂料單價(jià)更高，但采用該類(lèi)防火涂料可不噴底漆或面漆，總體成本反而降低，施工周期也大大縮短，且與現(xiàn)有底漆、膩?zhàn)雍兔嫫岬呐涮仔粤己?，VOC低，有利于工人健康和提高了工作效率，涂膜性能、防火性能均優(yōu)于常規(guī)防火涂料，其后續(xù)應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] 冷映麗, 薛淑勝, 張琳. 結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)在軌道交通中的應(yīng)用[J]. 城市軌道交通研究, 2012, 15 (10): 107-109, 113.

[ 編輯：杜娟娟 ]

Application of two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating to railway vehicles

KANG Jie-yun*, YIN Ai-ping

Abstract:The application of two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant paint to railway vehicles was introduced. The use of the paint has solved the problem of bad compatibility between common fire-retardant coating and the coating system, and has the advantages of less coating layer, shorter construction period, better economic benefit and being more environment friendly. The results of related performance tests showed that its cured film has good fireproof and mechanical properties, indicating that the paint has a wider application in the future.

Keywords:two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating; urban rail vehicle; fireproof; compatibility First-author’s address: Institute of Rail Transit, Tongji University, Shanghai 201804, China

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ637.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1004 － 227X (2016) 02 － 0084 － 04

作者簡(jiǎn)介：康解云（1976－），女，湖南新化人，工程碩士，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事軌道車(chē)輛涂裝工藝研究。

收稿日期：2015－11－07 修回日期：2015－11－24