鐵路貨車用水性涂料的工藝研究和推廣應用

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，溶劑的揮發對環境造成污染，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，但是擴散到環境中容易引起人體重金屬中毒。根據國家《揮發性有機物（VOC）污染防治技術政策》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）涂料等環保型涂料”的政策，以及國家環境保護標準HJ 2537—2014《環境標志產品技術要求 水性涂料》的規定，研發和應用低揮發性有機物（VOC）含量、使用無毒環保防銹顏料的水性涂料是當前防腐涂料的發展方向。

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

1 工藝研究

1.1 技術標準研究

水性涂料的技術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、耐熱性和凍融穩定性4個技術指標；

（2） 干燥時間不同；

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

（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指標（30 d）；

表1 水溶性底漆與溶劑型底漆的技術指標對比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，水性底漆設定的指標為濕膜200 μm不流掛，厚漿型醇酸底漆和環氧云鐵厚漿底漆設定為濕膜125 μm不流掛；

（6） 在環保方面，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、凍融穩定性和耐人工氣候加速老化6個技術指標；

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

根據上述技術指標的對比情況，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 預處理工藝

型鋼、板材預處理采用水性涂料時，其設備原理、噴涂方式及使用設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。現有預處理設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，噴涂設備（如調漆設備和噴槍規格型號等）、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境影響較大，在低溫或高濕（85%以上）的環境下噴涂水性涂料不易干燥，因此，對預熱、送熱風和烘干等條件的要求更加嚴格，預熱設備、送風系統、烘干設備必須處于良好的運行狀態。

1.2.3 其他施工影響因素

（1） 因水性涂料在0 ℃環境下容易結凍，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備。

（2） 在低溫（0 ℃以下）環境下施工時，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，易導致涂膜缺陷。

1.3 環保和安全性分析

1.3.1 環保性

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

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、貯存、運輸和施工過程中不燃不爆、安全可靠。

2 推廣應用

2.1 符合性設備改造

（1） 檢修、恢復預熱室預熱功能，預熱室溫度恢復設計要求。

（2） 檢修、恢復噴漆室（包括底漆噴漆室、面漆噴漆室）漆霧處理系統和廢氣處理裝置功能。其中：噴漆室冬季溫度低于12 ℃時能自動啟動熱風加熱空氣調節室溫，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，預留催化燃燒處理方式接口。

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

（4） 配備涂料存貯室，集中存貯室（涂料庫）室溫控制在5 ℃以上；車間存貯室及調漆室內設置冬季采暖設施，室溫控制在12 ℃以上。

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

2.2 樣車試用

樣車按照以下工藝流程進行施工作業：

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 車輛試用參數記錄表Table 3 Vehicle trial parameter record table

2.3 批量應用

根據以上工藝研究成果和試用效果，開展了批量應用工作，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的廢氣進行了檢測，主要廢氣成分檢測結果見表4，由表4可見，檢測結果均低于《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16207—1996）規定的排放值。

表4 涂裝線廢氣檢測結果Table 4 Paint line exhaust gas test results mg/m3

3 結語

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