機車清洗劑的選擇

田中圣一，木村義典

（JR東日本大宮分公司大宮綜合車輛中心，日本，9990011）

機車清洗劑的選擇

田中圣一，木村義典

（JR東日本大宮分公司大宮綜合車輛中心，日本，9990011）

本文討論了機車的清洗問題，分析了車體外板和窗玻璃污垢的組成，以及各種清洗劑對車輛材料、密封材料的影響。最后，篩選出了性能最好的車輛清洗劑，并驗證了該清洗劑的實際清洗效果。

清洗劑；機車；窗玻璃；污垢；玻璃虹彩

在車輛維護車間，為客戶提供舒適車輛的措施之一，就是清洗車輛。通常，清洗車輛只能使用車輛清洗機，如果污垢積累較多的話，用清洗機就無法徹底洗凈車輛。因此，需要負責清洗車輛的人員使用清洗劑，通過手工方法清洗車輛。不同行駛路線車輛的污垢積累程度存在差異，因為車體外板和車窗玻璃上的污垢無法徹底去除，因而需要開發(fā)各種性能更佳的清洗劑。

日本大宮綜合車輛中心按用途將清洗劑分為車體車端清洗劑、車體側(cè)面清洗劑、玻璃清洗劑、空調(diào)裝置清洗劑等，各清洗劑如果附著在非清洗劑用途的部分，就會導致該附著部分出現(xiàn)斑點和變色現(xiàn)象。因此，清洗負責人在清洗操作的同時要多加注意，不要使清洗劑附著在不必要的地方。

清洗劑的選定，大多是根據(jù)清洗部位的污垢去除能力和購買價格判斷是否可用，至于對車輛使用的其它部件的影響，并未經(jīng)充分的研究。用戶對清洗劑的要求如下：（1）“與《安衛(wèi)法》和《PRTR法》等相關(guān)法令不抵觸”；（2）“短時間內(nèi)去除污垢”；（3）“不易產(chǎn)生洗凈斑點”；（4）“不會對車體、橡膠制品和密封材料產(chǎn)生影響”；（5）“車輛外板和車窗玻璃可采用同樣的清洗劑洗凈”（6）“清洗排水對環(huán)境無影響”；（7）“價格低廉”。

由于車輛是由金屬、玻璃、橡膠和密封劑等各種材料構(gòu)成的復合體，JR東日本大宮分公司大宮綜合車輛中心對車體的污垢成分實施了調(diào)查，旨在選定滿足上述條件的清洗劑。

1.車體污垢的現(xiàn)狀

圖1是車體外板污垢的一個實例。經(jīng)過消光加工整理的部分，是JR商標在新車時的顏色；經(jīng)帶式磨光機加工的部分，是車體帶部分的顏色在新車時的顏色。該車輛已使用27年，蓄積的污垢即便用清洗機和手洗也不能去除，車體還產(chǎn)生了如圖2的銹跡（紅色鐵銹）。

圖1 車體外板污垢實例

圖2 鐵銹

圖3 是車窗玻璃上附著的魚鱗狀痕跡。這種魚鱗狀痕跡非常頑固，損害了玻璃的透明度。雖然，本車輛可用清洗劑和手洗方法清洗，但要完全除去污垢相當費時。

圖3 車窗玻璃上的魚鱗狀痕跡

2. 車體外板和窗玻璃上附著的污垢成分

本研究用刮刀采取大宮綜合車輛中心內(nèi)放置的205系列訓練車（原京葉車輛中心所屬）和長野綜合車輛中心報廢車輛解體的211系列（原田町車輛中心所屬）的外板和窗玻璃表面的污垢，用長野綜合車輛中心材料技術(shù)中心的熒光X射線（SEM-EDX：掃描電鏡能譜儀），進行污垢成分分析。

表1、表2分別是205系列和211系列車輛污垢成分的分析結(jié)果（僅披露前幾位的污垢成分）。從表1、表2看到：205系列、211系列車輛的鐵、硅、鈣三種成分，就占污垢成分 的70%左右。鐵檢出最多的理由，可能是車輪與軌道接觸產(chǎn)生的鐵粉所致，其他成分則是地下水或海水等含有的成分。由于車輛清洗使用的是地下水，推測水質(zhì)所含成分存在著差別。另外，這兩種車輛在各自的行車路線上，由機動車排出的亞硫酸氣體（硫磺成分）或海水中的海鹽粒子混合在風或雨中，也會附著、殘留在車體表面。

表1 205系列車輛污垢成分的分析結(jié)果

表2 211系列車輛污垢成分的分析結(jié)果

從本分析結(jié)果來看，清洗劑要具備去除鐵和鋁的能力、去除與玻璃成分相同的硅元素的能力和去除鈣、硫的能力。

3. 車體外板、窗玻璃材料特性

在選擇清洗劑時，必須了解附著污垢的車體外板和窗玻璃材料的特性。以下是對車體外板和窗玻璃材料特性的討論。

（1）外板

電車外板使用的不銹鋼材料是奧氏體不銹鋼中的SUS304，是以鐵為主成分，鎳約占8%、鉻約占18%的合金。不銹鋼含有的鉻與大氣中的氧結(jié)合，在車體表面形成堅固的皮膜（氧化膜），具有防止外板材料產(chǎn)生腐蝕的特點。即使該皮膜被破壞，如果周圍有氧存在，就會再次形成堅固的皮膜。但是，如果不銹鋼表面的污垢不能完全去除干凈的話，不銹鋼就不能與大氣中的氧結(jié)合成堅固皮膜，一旦鐵粉附著在車體外板上，鐵與氧結(jié)合最終就會生成鐵銹。因為鐵銹中大多含有氯離子、硫酸根離子、亞硫酸根離子等“促進腐蝕的因素”，如果不盡早地去除，鐵銹就會逐漸擴大，損傷到不銹鋼表面。

（2）窗玻璃

玻璃是以硅酸為主成分的無機金屬氧化物的熔融固化體，材質(zhì)硬且不易變質(zhì)。但是，窗玻璃和倉庫玻璃這種實用玻璃易受風化作用的影響，導致玻璃表面發(fā)生變質(zhì)（玻璃虹彩）?！安ＡШ绮省笔侵复髿庵械乃指街诓ＡП砻?，導致堿性成分從玻璃中溶出，與空氣中的碳酸氣體和亞硫酸氣體等酸性氣體發(fā)生化學反應(yīng)，使玻璃表面成為變質(zhì)的狀態(tài)。

玻璃變質(zhì)的機理，是玻璃中的鈉離子擴散至玻璃表面浮出，一旦吸附大氣中的水分，鈉離子就會形成較大的鈉水合物，無法回到玻璃中，而氫離子則進入玻璃內(nèi)部（離子交換），以達到電荷平衡。然后，鈉水合物與大氣中的碳酸氣體反應(yīng)生成碳酸鹽，在玻璃表面形成碳酸鹽核。生成的碳酸鹽具有潮解性，能夠凝集大氣中的水分而變大，并且被大氣中的碳酸氣體中和，成長為結(jié)晶化、粒子化的“玻璃虹彩”?！安ＡШ绮省笔遣ＡП砻孀冑|(zhì)產(chǎn)生的現(xiàn)象，因此，要去除這種現(xiàn)象就只能研磨掉變質(zhì)層。

此外，玻璃污垢的魚鱗狀痕跡，是玻璃表面附著的水分（海水或地下水等）蒸發(fā)后的殘留物，主要成分是硅元素。對于玻璃上蓄積的硅元素，只有用氫氟酸那樣的酸性溶劑才能溶解去除。玻璃上的魚鱗狀痕跡，其形成時間要短于“玻璃虹彩”。

4. 清洗劑選擇及試樣的制作

4.1 清洗劑的選擇

根據(jù)本文2中的污垢成分分析結(jié)果，本研究從能夠溶解鐵和鈣等成分的鹽酸類商品和通過螯合作用使污垢浮起的商品中選擇清洗劑。具有螯合作用的商品是主成分為檸檬酸或乙二胺四乙酸的制品。此外，為了去除硅元素，所有商品中均含有氫氟酸，但氫氟酸的含有量有所不同。據(jù)此選定的清洗劑如下所示：

商品A：德國制造（鹽酸、氟化銨系）

商品B：日本制造（鹽酸、氟化鈉系）

商品C：日本制造（乙二胺四乙酸系）

商品D：美國制造（檸檬酸、磷酸系）

商品E：日本制造（檸檬酸、磷酸系）

商品F：日本制造（檸檬酸、醋酸、草酸系）

商品G：日本制造（檸檬酸、羧酸系）

4.2 試樣制作

試樣用205系列和211系列廢棄的側(cè)拉門（不銹鋼板經(jīng)過消光整理加工，以下稱SUS板）制成。由于車輛用窗玻璃即使用切削工具也無法整齊切斷，因此，本研究以普通家庭窗玻璃制成厚度為5mm的試樣。

按圖4那樣，把SUS板分成幾個區(qū)域，用清洗劑原液或廠家指定的稀釋倍數(shù)和其他稀釋倍數(shù)確認洗凈效果。另外，為了檢出本文2中污垢成分分析中的氯和鈉，本研究在洗凈后的SUS板上涂敷海水，然后洗凈海水并觀察SUS板表面的變化。另取一塊試樣貼付車輛使用的密封材料等材料，確認清洗劑對車輛材料的影響。為了確認用清洗劑能否去除車輛外板上附著的人皮脂成分，本研究在SUS板上涂敷了接近人皮脂成分的馬油。

圖4 試驗鋼板

5. 試樣的洗凈試驗

本研究除了用清洗劑原液，還用廠商制定的清洗劑稀釋倍數(shù)和其他的清洗劑稀釋倍數(shù)進行試驗。表3是各清洗劑的pH值，意大利HANNA 制造的微電腦筆式酸度pH測定儀HI98106，用于各清洗劑的pH值測定。

表3 清潔劑原液及稀釋時的pH值

洗凈方法：用三聚氰胺發(fā)泡海綿在一個地方擦拭洗凈5s，然后用水沖洗5s。只有商品E（膏狀）要求用刷子涂敷清洗劑，按照說明書涂敷清洗劑E的試樣要放置10～30min，然后用水沖洗5s。圖5是洗凈結(jié)果。

圖5 洗凈結(jié)果

SUS板的洗凈結(jié)果，通過目視試樣的方法確認。從清洗劑原液到各稀釋倍數(shù)清洗劑的干凈順序為：商品A、G、C、D、B、F、E。洗凈試驗結(jié)束后，在室內(nèi)保存試樣，觀察洗凈表面的變化情況。SUS板上雖然沒有出現(xiàn)變化，但在貼有車輛材料的試樣上，使用商品A、B的鐵板在7日后開始生銹；使用商品E的鐵板在17日后開始生銹。因為SUS板表面在清洗17日后仍沒有發(fā)生變化，因此，本研究決定用掃描電子顯微鏡對試驗的SUS板進行觀察、

圖6是經(jīng)過消光整理加工后的SUS板新品與試驗用未洗凈品的比較結(jié)果。圖7是洗凈結(jié)果突出的兩個鋼板寫真，使用的清洗劑分別是商品A（稀釋4倍）與商品G（稀釋3倍）。

圖6 SUS板新品與未洗凈品表面對比

圖7 洗凈前后SUS304外板表面對比（商品A與G）

本研究確認：在未洗凈產(chǎn)品的圖中，試樣表面散布著白色附著物。這是從掃描電子顯微鏡（SEM）照射的電子無法通過SUS板而發(fā)出的光，這說明試樣上有不純物存在。

圖7中的SUS304外板被洗凈后，使用商品A的試樣上幾乎沒有發(fā)現(xiàn)白色附著物，而使用商品G的試樣，清洗區(qū)域可見到白色發(fā)光的部分。這可能是溶解污垢的清洗劑，與通過螯合作用使清洗劑污垢成分形成離子結(jié)合，從而使污垢浮起的清洗劑的機能不同所致。在同樣的清洗時間內(nèi)，利用檸檬酸螯合作用的清洗劑比用鹽酸類清洗劑去除污垢的時間要長。另外，本試驗還觀察到：在洗凈的SUS板表面涂敷海水，雖然用水沖洗過， SUS板表面仍然殘留了海水中的不純物。

此外，對車輛密封材料和張貼物、玻璃等材料，本試驗中使用的所有商品都沒有表現(xiàn)出攻擊性，也未發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)劣化的傾向。另外，在用馬油實施的試驗中，所有商品都對馬油有洗凈效果，這可能是清洗劑中含有的表面活性劑的效果。

6. 清洗劑殘留在金屬表面的影響

在車體外板涂敷清洗劑后，假設(shè)忘記了用水沖洗，本研究考察了清洗劑殘留對金屬表面的影響。試樣除了SUS304（不銹鋼）外，還有A6N01（鋁材質(zhì)）、SS（鐵）。A6N01是鋁車體采用的金屬材料。

在本文第5項的研究成果基礎(chǔ)上，本研究還對試樣鐵銹最多的商品A和試樣沒有鐵銹的商品C、D、F和G進行了測定。

對于SS材料試樣，在試樣上段涂敷清洗劑，下段用清洗劑洗凈后再用水沖洗。此外，對于SUS304和A6N01，涂敷本文第5項試驗所用的清洗劑。

圖8是試驗進行2個月后的結(jié)果。圖中的字母是商品名，橫排數(shù)字是清洗劑的稀釋倍數(shù)。表4是試驗結(jié)果。

圖8 殘留清洗劑對金屬表面的影響

SS材料的洗凈部分（下段），與圖5的結(jié)果同樣，使用商品A洗凈的試樣，數(shù)日后出現(xiàn)腐蝕，其它的商品則沒有出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。另外，涂敷清洗劑后未用水沖洗的上段，除了商品D以外，其他的商品均出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。商品D的SDS（Safety Data Sheet：安全數(shù)據(jù)表）雖未記載防腐蝕劑成分，但是推測商品D使用了防腐蝕劑。

在本試驗中，確認SUS304沒有發(fā)生腐蝕變色現(xiàn)象。在A6N01上，僅在使用商品A后試樣上有殘留粒子，手感粗糙，可能是發(fā)生了某種化學變化。使用商品C、D、F和G后，即使洗凈后不用水沖洗，對金屬的不良影響也相當?shù)汀?/p>

表4 試驗結(jié)果（○無異常 ×異常）

7. 實際車輛的清洗試驗

在第5項中，實施玻璃清洗試驗的清洗劑沒有產(chǎn)生白化現(xiàn)象。魚鱗狀痕跡由于沒有試樣可供試驗，也無法確認其去除效果。為此，本研究使用大宮綜合車輛中心205系列訓練車和長野綜合車輛中心的報廢解體211系列車輛的窗玻璃實施清洗試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 窗玻璃洗凈試驗的結(jié)果（◎效果大 ○效果小 ×無效果）

從商品A至商品G，確認去除魚鱗狀痕跡清洗時間最短的是商品A和商品G。商品B、C、F能使玻璃上的魚鱗狀痕跡變淡，但未清洗干凈。

此外，商品D完全不能去除魚鱗狀痕跡，商品E則出現(xiàn)玻璃白化現(xiàn)象。此外，對于玻璃層變質(zhì)的“玻璃虹彩”，無論用哪種清洗劑都無法去除。

圖9是商品G稀釋8倍后的清洗結(jié)果，不僅能夠去除魚鱗狀痕跡，背景色的對比也非常清楚。用同樣的清洗劑，在短時間內(nèi)也能去除SUS304經(jīng)消光整理加工部分的污垢（圖10）。

圖9 車窗玻璃上魚鱗狀痕跡的去除試驗

圖10 SUS304外板洗凈前后對比

8. 對密封材料影響的再驗證

在本文的第5項中，由于不能確認清洗劑對試驗使用的3種密封材料（參照圖4的例子）的影響，本試驗將密封材料浸泡在清洗劑中，再次檢測是否會產(chǎn)生影響。試驗使用的密封材料，除了第5項中的3種密封材料外，還使用了車輛制造廠商使用的POS密封條（變性硅密封材料）和Sikaflex 265（聚氨酯密封材料）。在外板清洗結(jié)果的基礎(chǔ)上，本研究還試驗了清洗劑C、D、F、G和對鐵影響最大的商品A的影響。

試驗把干燥后的密封材料切成5mm的四方形塊，投入盛放清洗劑的玻璃管中。圖11是試驗的狀況，圖12、表6是試驗結(jié)果。

圖11 清洗劑對密封材料影響的試驗

虛線框內(nèi)的密封材料，從1周左右開始出現(xiàn)膨脹。1個月后，實線框內(nèi)的密封材料也開始出現(xiàn)膨脹或形狀變形。本試驗開始后，對玻璃容器內(nèi)的密封材料進行了為期2個月的觀察，在確認膨脹或變化停滯后，將密封材料從玻璃容器內(nèi)取出觀察。

表6 清洗劑對密封材料影響的試驗結(jié)果（○無影響 △有軟化·硬化現(xiàn)象 ×有影響）

圖12 清洗劑對密封材料影響的試驗結(jié)果

圖13 密封材料的變化（截面寫真）

從表6推斷，以鹽酸為主成分的清洗劑商品A，可能會使密封材料軟化或膨脹。此外，商品F是以檸檬酸為主成分的清洗劑，與商品C、D、G添加的化學成分不同，可能是受到了所添加化學成分的影響。

商品C、D、G對變性硅膠密封材料有影響，密封材料表面軟化或者開裂。圖13是試驗使用的密封材料在室內(nèi)放置3日，經(jīng)干燥后切斷時的圖。從密封材料的斷面來看，其周圍約有0.5mm的部分發(fā)生了變質(zhì)。

本試驗結(jié)果是在清洗劑中浸泡2個月的結(jié)果，但是，車體清洗后經(jīng)過水沖洗后，殘留的清洗劑成分相對很少，不至于達到本試驗結(jié)果的程度。不過，清洗后不用水沖洗，只用濕毛巾蘸水擦拭，也會有清洗劑成分殘留在密封材料表面，這樣長期使用清洗劑有可能對密封材料產(chǎn)生不良影響。

9. 檢測結(jié)果

通過本研究，得出如下試驗結(jié)果。

（1）車體附著污垢的主成分是鐵粉，另外還檢測出硅、鈣、鋁、氯和硫等成分。

（2）鹽酸系清洗劑去除不銹鋼表面污垢的能力強，但容易腐蝕鐵。

（3）檸檬酸類清洗劑去除污垢的速度不如鹽酸系清洗劑，但去除污垢的能力強，且清洗后用水沖洗，大大降低了腐蝕鐵的風險。

（4）車體窗玻璃上魚鱗狀痕跡的成分是硅，它的去除只能使用含有氫氟酸的清洗劑。

（5）在短時間內(nèi)，相比檸檬酸和乙二胺四乙酸系清洗劑而言，車輛用密封材料更易受到鹽酸系清洗劑的影響。

（6）清洗劑對車輛材料的影響，必須經(jīng)過實際檢測才能搞清楚。

（7）在使用商品G的場合，還要根據(jù)污垢狀態(tài)選擇相應(yīng)的清洗劑稀釋倍數(shù)。

①車體外板污垢：商品G經(jīng)水稀釋（3～9倍），用海綿洗凈后，再用水沖洗。

②窗玻璃魚鱗狀痕跡：商品G經(jīng)水稀釋（9～15倍），用海綿洗凈后，再用水沖洗。

③窗玻璃模糊：商品G用水稀釋（9～15倍），用海綿洗凈。之后，如果還感覺玻璃模糊，就在該部位涂敷水；如果玻璃是透明的，就涂上玻璃涂層。如果玻璃是不透明的（玻璃虹彩），則用研磨膏研磨去除變質(zhì)層，然后涂上玻璃涂層，以保護玻璃表面。

表7 試驗結(jié)果匯總

10. 綜合評價

表7是試驗結(jié)果匯總。 從污垢去除能力、平均1L原液的購買價格、使用時的稀釋倍數(shù)角度考慮，商品G的性價比最佳，是滿足本文開頭記載條件的清洗劑。

11. 今后的展望

圖1 4是運營列車車體清洗后的效果。本研究用小山車輛中心所屬的205系列、E231系列、E233系列和宇都宮運營所所屬的キハ40（內(nèi)燃動力車組）系列的涂裝車檢測車體的清洗效果。檢測結(jié)果證實：該清洗劑能夠?qū)⑽酃溉コ蓛?。今后，將在各車輛中心開展清洗劑G的推廣。

圖14 運營列車車體清潔后的效果

本文譯自2016.6《R&m》

Selection of Cleaning Agent for Locomotive

Tanaka Seiichi, Kimura Yoshinori et al.
(Omiya Branch Locomotive Center, JR East Japan Railway Compary, Japan, 9990011）

This paper discussed the cleaning problem of locomotive, analyzed the composition of body panels and window glass fouling, and the influence of different cleaning agents on vehicle materials and sealing materials.Finally,the best vehicle cleaning agent was screened out and the actual cleaning effect of the cleaning agent was verified.

leaning agent; locomotive;window glass; fouling;glass luster

TQ649

C

1672-2701（2017）11-36-09