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水性涂料在铁路货车涂装中的应用

                                       水性涂料在铁路货车涂装中的应用
                                       齐卫明,曾庆国,张晓璐,宋玉强
            (齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161002)
    摘要:介绍了水性涂料在铁路货车上应用中的工艺要求、常见问题的发生及解决措施。
    关键词:水性漆;铁路重载货车;涂装
    中图分类号:TQ637.81 文献标识码:A 文章编号:1672-2418(2015) 02-0015-03
    0 引言
    在铁路行业中,目前车辆涂装所采用的涂料大部分是溶剂型涂料。溶剂型涂料中含有较多的挥发性有机化合物(VOC),这些VOC 挥发到空气中对空气造成了污染。相比传统的溶剂型涂料,水性涂料是一种新型、高端的环保涂料,为保护劳动者权益和改善工作环境,现已成功研制出适用于铁路货车涂装的水性涂料。
    1· 铁路货车涂装现状
    铁路货车目前的保有量大约为80 万辆,按每年新增3 万辆计,新增涂料消费量约在3 000 t 左右[1],目前大部分使用的是溶剂型涂料。涂料的固体含量一般在50%~70%,即占涂料总量约30%~50%的VOC 在施工成膜过程中会挥发到空气中,对环境造成污染,对施工人员的身体健康造成损害。
    环保型涂料主要有高固体分(含无溶剂型)、粉末、水性及UV 涂料。其中水性涂料技术目前受到了极大地关注,并取得了可喜的进展,很多产品都已进入到工程化实用阶段。
    近年来,大量的不锈钢或铝合金开始在铁路货车上应用,这些材料表面涂覆涂料时,在未能进行喷砂前处理的光滑金属表面涂装如何保证水性涂料的附着力是面临的一个课题。
    铁路货车涂装工艺基本是一道底涂和一道面涂,两道涂装的涂层总厚度要求达到120 μm以上,所以涂料的选择以厚浆型涂料为主。厚浆型涂料固体含量高,挥发份少,也具有环保涂料的特点,而采用水性涂料也应满足现有的两道涂装的工艺要求。
    相关工厂从2000 年开始陆续进行了涂装的工艺技改,分别设计建造了封闭式的喷涂作业间,封闭的涂料烘干间,大幅改善了涂装作业环境,降低了有害溶剂对人体的侵害。尽管采取了一些有效的防范措施,但在日趋严格的环保法规约束下,采用水性涂料或其他环境友好型涂料来取代溶剂型涂料已是迫在眉睫。
    2· 水性涂料的应用
    目前水性涂料的研究应用已在多个领域取得突破。水性涂料种类繁多,建筑涂料早已实现了水性化,而水性的木器、地坪、汽车、防火、防腐等涂料产品的研究与应用也异彩纷呈。阴极电泳涂料用于车辆底涂已有多年,技术工艺成熟。铁路货车近几年开始尝试应用水性涂料,但由于受到传统工艺的限制,其应用还需要一段历程。随着水性涂料的不断研发和进步,应用将会逐步扩大深入,最终替代溶剂型涂料。
    3· 水性涂料的组成及特点
    水性涂料由水性树脂与颜料、助剂通过研磨混合后制得。一般通过3 种方式将树脂水性化,一是在树脂分子链中引入胺基或羧基,再用酸或碱进行中和成盐的形式来获得水溶性;二是在树脂中引入亲水基团,如羧基、羟基、氨基、醚基等,乳化分散在水中;三是外加乳化剂强制乳化,形成能分散在水中的乳液。
    水性涂料由于水的表面张力大,污染物容易使涂膜发生缩孔,因此,其在施工过程中对工件表面清洁度要求高[2]。
    另外,水性涂料对活塞式或栓塞式高压无气喷涂机的磨损大,因为水分的直接接触使活塞润滑不好,活塞杆摩擦系数增大,导致密封环的频繁更换。
    水性涂料虽然存在一些问题,但通过调整配方加之工艺设备的改进,已逐步适用于铁路货车涂装的要求,由此得到推广应用。
    4 ·水性涂料在铁路重载货车上的应用
    2014 年4 月我们在80 t 铁路货车上开始批量使用水性涂料,车体部分为不锈钢材料,底架部分为碳钢材料。
    水性涂料货车涂装工艺:
    板材抛丸预处理→表面清理→预涂底漆→干燥→表面处理→补涂底漆→涂装过渡底漆→干燥→涂水性面漆→干燥→涂打标记→交验。
    水性涂料的技术指标见表1。
    
    4.1 水性涂料应用过程中的关键工艺
    (1)涂装前表面清理
    水性涂料对涂装表面的清洁度要求特别高,所以涂装前的表面处理尤为重要,除正常的钢材预处理外,在涂装前还要对表面彻底清理,用砂轮、钢丝刷、砂纸等打磨车体表面,重点清理焊渣、焊缝及烧伤部位,清除车体表面的油污、灰尘等所有的污物。
    为避免由于清理不净导致的涂层脱落,也可在水性涂料涂装前预涂一道溶剂型涂料,一般预涂的溶剂型涂料选择快干型、附着力好的涂料,如醇溶性的乙烯磷化底漆等。
    (2)涂装底漆
    涂装前彻底检查车体表面,确认质量合格后喷涂一道乙烯磷化底漆。乙烯磷化底漆的树脂为聚乙烯醇缩丁醛,是醇溶型树脂,与之后涂装的水性面漆有良好的结合性,同时乙烯磷化底漆对不锈钢光滑表面有良好的结合力,又名蚀刻底漆。
    乙烯磷化底漆的黏度较低,厚涂性能不好,所以可以采取多次喷涂的方式达到要求的厚度,一般施工黏度控制在35~40 (s 涂-4#杯)。该产品采用双罐包装,混合后需要充分搅拌,喷涂间隔时间长时,需要再次搅拌均匀,一般混合适用期为6 h。
    采用高压无气喷涂机,压力比为45∶1,喷嘴型号017-18,进气压力为0.4~0.5 MPa。
    (3)底漆干燥
    磷化底漆干燥较快,可以加热烘干或自然干燥,加热温度为40~60 ℃时干燥0.5 h,自然干燥为2 h。
    (4)水性面漆喷涂
    喷涂前彻底检查车体表面底漆状态,清除飘落漆渣,较大顽固的颗粒表面需要用砂纸打磨清除。水性涂料喷涂前需要用高速搅拌机充分搅拌均匀,黏度过大时可适量加入洁净水调试,但加入量不得超过涂料量的5%,涂料的触变黏度很高,高速搅拌后可适当降低涂料黏度,满足喷涂要求。
    水性涂料的厚涂性不佳,可以采取连续多次喷涂的方式达到规定的厚度。每次喷涂间隔时间需要>5min,连续喷涂的湿膜厚度不能超过100 μm,否则容易发生坠裂,干膜总厚度应>70 μm。温度<5 ℃时不能施工。
    (5)水性面漆烘干
    水性面漆可以加热干燥也可以自然干燥。加热干燥时在40~60 ℃下烘干,干燥时间>40 min;自然干燥在10 ℃条件下需要2 h。
    4.2 水性涂料施工中需要重点关注的问题
    (1)一般水性涂料的贮存期较短,大多在半年左右,所以要小批量、多批次采购,最好保证存储期不超过3 个月。
    (2)水性涂料大多采用高压无气喷涂,压力比在45∶1 以上就可以满足要求,密封环需要采用聚四氟乙烯材质。之前采用牛皮密封环,受水浸泡后容易发涨,阻碍活塞工作,导致无法喷涂。JPT 4532 高压无气喷涂机采用机械换向,聚四氟乙烯材质的密封环排量大、压力比适中,适合水性涂料的喷涂,实际生产中效果良好。
    4.3 漆病及解决措施
    (1)龟裂:主要发生在水性涂料与溶剂型涂料配套涂装的情况下,后期施工的水性漆涂层中如溶有溶剂型涂料,就容易发生龟裂现象。
    解决措施:喷涂溶剂涂料时需要做好防护,避免溶剂涂料飞散到水性漆的待喷涂部位。
    (2)缩孔:水性涂料以水为介质,当待涂装面清理不干净而存在污物时,因为水的表面张力大,容易造成缩孔现象。
    解决措施:彻底检查待涂装面状态,必要时用砂纸对底漆表面拉毛处理,使之具有一定的粗糙度,利于面漆涂装。
    (3)坠裂:厚涂时,当湿膜厚度超过120 μm时,易发生坠裂现象。
    解决措施:采用多次喷涂的方式,达到规定要求,每次喷涂时间间隔不得<5 min,每次喷涂膜厚控制在30~40 μm(干膜)。
    (4)漆膜脱落:底材清理不干净、涂料超保质期使用都容易导致水性漆大面积脱落。
    (5)水性涂料保质期通常为6 个月,在使用中发现超过保质期3 个月的水性涂料很容易发生质量不稳定现象,所以必须使用在保质期内的涂料。
    解决措施:加强底材清理质量,加快涂料的运输周转,尽可能使用新近生产的产品批次。
    5· 结语
    2014 年在80 t 铁路货车上喷涂水性涂料1 000 辆,现在已经在太原铁路局进行运用考察,服役期中的水性涂料涂膜性能、状态良好。
参考文献
[1]齐卫明,宋玉强,曾庆国,等. 水性涂料在80t 不锈钢铁路货车涂装上的应用[J]. 铁路节能环保与安全卫生,2014,4(4):171-172.
[2]孙娟. 集装箱涂料的涂装及未来发展方向[J]. 科技创新与应用,2012,(9):51-52.


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