鐵路貨車用水性涂料的工藝研究和推廣應(yīng)用

陶加法 ，汪 洋 ，肖 艷，陳 強

（1.中車長江車輛有限公司，湖北武漢 430212；2.武漢材料保護研究所有限公司，湖北武漢 430030）

0 引言

傳統(tǒng)的溶劑型涂料中使用大量有機溶劑，在涂料固化過程中，溶劑的揮發(fā)對環(huán)境造成污染，直接威脅到施工人員和周圍群眾的身體健康。傳統(tǒng)涂料中普遍使用的防銹顏料，如紅丹、鉻黃等，具有良好的防腐蝕效果，但是擴散到環(huán)境中容易引起人體重金屬中毒。根據(jù)國家《揮發(fā)性有機物（VOC）污染防治技術(shù)政策》中“鼓勵使用水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料、紫外光固化（UV）涂料等環(huán)保型涂料”的政策，以及國家環(huán)境保護標準HJ 2537—2014《環(huán)境標志產(chǎn)品技術(shù)要求 水性涂料》的規(guī)定，研發(fā)和應(yīng)用低揮發(fā)性有機物（VOC）含量、使用無毒環(huán)保防銹顏料的水性涂料是當前防腐涂料的發(fā)展方向。

中國中車為全面落實國家生態(tài)文明建設(shè)總體要求，充分發(fā)揮示范和表率作用，率先在鐵路貨車制造企業(yè)中開展了水性涂料全面代替溶劑型涂料的研究和應(yīng)用工作。

1 工藝研究

1.1 技術(shù)標準研究

水性涂料的技術(shù)要求采用鐵路總公司標準TJ/CL 251.1《鐵路貨車用水溶性油漆技術(shù)條件（暫行）》，水性涂料與原各類溶劑型涂料的性能指標差異分析見表1、表2。

從表1中可以看出，在技術(shù)指標上，鐵路貨車用水性底漆與溶劑型底漆的差異如下：

（1） 水性底漆的檢測項目中增加了VOC含量、杯突試驗、耐熱性和凍融穩(wěn)定性4個技術(shù)指標；

（2） 干燥時間不同；

（3） 水性底漆彎曲試驗為≤2 mm［（45±5）μm］，比溶劑型底漆設(shè)定的技術(shù)指標嚴格；

（4） 耐鹽霧性能方面，厚漿型醇酸底漆為500 h

［（110±10）μm］，環(huán)氧云鐵厚漿底漆為500 h［（70±5）μm］，而水溶性底漆為720 h［（110±10）μm］，環(huán)氧瀝青玻璃鱗片漆沒有耐鹽霧性能的指標要求，增加了一個耐液體介質(zhì)指標（30 d）；

表1 水溶性底漆與溶劑型底漆的技術(shù)指標對比Table 1 Technical indexes comparison of water-soluble primer and solvent-based primer

表2 鐵路貨車用水性面漆與厚漿型醇酸面漆的技術(shù)指標對比Table 2 Technical indexes comparison between water-based topcoat and high-altitude alkyd topcoat for railway truck

（5） 流掛性能方面，水性底漆設(shè)定的指標為濕膜200 μm不流掛，厚漿型醇酸底漆和環(huán)氧云鐵厚漿底漆設(shè)定為濕膜125 μm不流掛；

（6） 在環(huán)保方面，水性底漆VOC含量≤150 g/L，溶劑型底漆≥500 g/L。

從表2中可以看出，鐵路貨車用水溶性面漆與厚漿型醇酸面漆在技術(shù)指標上的差異如下：

（1） 水性面漆的檢測項目中增加了VOC含量、杯突試驗、耐沖擊性、耐熱性、凍融穩(wěn)定性和耐人工氣候加速老化6個技術(shù)指標；

（2） 干燥時間不同；

（3） 水性面漆彎曲試驗為≤2 mm［（45±5）μm］，溶劑型面漆彎曲試驗為≤4 mm；

（4） 耐水性的時間要求不同；

（5） 流掛性能方面，水性面漆設(shè)定的指標為濕膜200 μm不流掛，厚漿型醇酸面漆為濕膜125 μm不流掛；

（6） 在環(huán)保要求上，水性面漆VOC含量≤150 g/L，溶劑型面漆≥500 g/L。

根據(jù)上述技術(shù)指標的對比情況，鐵路貨車采用符合標準要求的水性涂料，其耐鹽霧性（防腐能力）、耐人工氣候加速老化、抗流掛性、機械性能、耐水性等性能比目前在用的溶劑型涂料都有所提高，能夠符合鐵路貨車的使用要求。

1.2 施工工藝研究

1.2.1 預(yù)處理工藝

型鋼、板材預(yù)處理采用水性涂料時，其設(shè)備原理、噴涂方式及使用設(shè)備均和采用溶劑型涂料時一致。但存在干燥速度上的差異，水性涂料干燥速度相對較慢，需提高烘干溫度和增加烘干時間。現(xiàn)有預(yù)處理設(shè)備難以滿足以上要求，需進行改造。

1.2.2 整車和配件噴涂工藝

整車和配件采用水性涂料時，噴涂設(shè)備（如調(diào)漆設(shè)備和噴槍規(guī)格型號等）、噴涂方式與溶劑型涂料基本一致，但因水性涂料以水做稀釋劑，施工過程中受施工環(huán)境影響較大，在低溫或高濕（85%以上）的環(huán)境下噴涂水性涂料不易干燥，因此，對預(yù)熱、送熱風(fēng)和烘干等條件的要求更加嚴格，預(yù)熱設(shè)備、送風(fēng)系統(tǒng)、烘干設(shè)備必須處于良好的運行狀態(tài)。

1.2.3 其他施工影響因素

（1） 因水性涂料在0 ℃環(huán)境下容易結(jié)凍，所以其貯存條件比溶劑型涂料的要求更加嚴格，存漆庫房需有供暖設(shè)備。

（2） 在低溫（0 ℃以下）環(huán)境下施工時，噴漆管道里面的水性涂料容易受到低溫的影響而結(jié)凍，堵塞管道。

（3） 水性涂料對基材表面清潔度，尤其是表面油污較為敏感，需要在施工前采取有效的表面處理措施，若表面污物去除不凈，易導(dǎo)致涂膜缺陷。

1.3 環(huán)保和安全性分析

1.3.1 環(huán)保性

水溶性涂料以水替代了有機溶劑，減少了大量VOC的排放。VOC含量達到國家室內(nèi)裝修涂料的技術(shù)指標要求，對環(huán)境無污染，可有效改善作業(yè)環(huán)境，保護作業(yè)人員的身體健康。

1.3.2 安全性

水溶性涂料以水為溶劑，消除了溶劑型涂料存在的安全隱患，在生產(chǎn)、貯存、運輸和施工過程中不燃不爆、安全可靠。

2 推廣應(yīng)用

2.1 符合性設(shè)備改造

（1） 檢修、恢復(fù)預(yù)熱室預(yù)熱功能，預(yù)熱室溫度恢復(fù)設(shè)計要求。

（2） 檢修、恢復(fù)噴漆室（包括底漆噴漆室、面漆噴漆室）漆霧處理系統(tǒng)和廢氣處理裝置功能。其中：噴漆室冬季溫度低于12 ℃時能自動啟動熱風(fēng)加熱空氣調(diào)節(jié)室溫，確保室溫控制在12 ℃以上；廢氣處理裝置配備活性碳吸附裝置，預(yù)留催化燃燒處理方式接口。

（3） 檢修、恢復(fù)烘干房烘干功能和廢氣處理功能。廢氣處理裝置恢復(fù)設(shè)計要求，烘干溫度恢復(fù)設(shè)計要求。

（4） 配備涂料存貯室，集中存貯室（涂料庫）室溫控制在5 ℃以上；車間存貯室及調(diào)漆室內(nèi)設(shè)置冬季采暖設(shè)施，室溫控制在12 ℃以上。

（5） 增加供水裝置，水性涂料調(diào)配用自來水在使用前應(yīng)經(jīng)過濾處理，確保不含銹蝕、泥沙及其它粒徑20 μm以上的顆粒狀雜質(zhì)。

2.2 樣車試用

樣車按照以下工藝流程進行施工作業(yè)：

表面清理→噴涂水性底漆→底漆烘干→噴涂水性面漆→面漆烘干→涂打標記→交檢，試用記錄見表3。

表3 車輛試用參數(shù)記錄表Table 3 Vehicle trial parameter record table

2.3 批量應(yīng)用

根據(jù)以上工藝研究成果和試用效果，開展了批量應(yīng)用工作，完成了水性涂料全面替代溶劑型涂料的工作。批量應(yīng)用效果見圖1、圖2。

圖1 水性底漆涂裝的鐵路貨車Figure 1 The railway truck coated by waterborne primer

圖2 水性面漆涂裝的鐵路貨車Figure 2 The railway truck coated by waterborne topcoat

2.4 廢氣檢測

對涂裝線各排放口及噴漆室內(nèi)的廢氣進行了檢測，主要廢氣成分檢測結(jié)果見表4，由表4可見，檢測結(jié)果均低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16207—1996）規(guī)定的排放值。

表4 涂裝線廢氣檢測結(jié)果Table 4 Paint line exhaust gas test results mg/m3

3 結(jié)語

通過開展水性涂料代替溶劑型涂料的技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作，提高了鐵路貨車的防護能力和外觀質(zhì)量，有效改善了涂裝作業(yè)的環(huán)保性和安全性。通過完成水性涂料的性能分析、工藝研究、車輛應(yīng)用驗證和批量應(yīng)用等工作，實現(xiàn)了鐵路貨車從整車涂裝到配件生產(chǎn)的水性涂料的全面轉(zhuǎn)換，為企業(yè)技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)升級，實現(xiàn)青山綠水、綠色中車的目標，作出了積極的貢獻。