鐵路貨車用水性涂料的性能特點及常見施工缺陷

肖 艷，陶加法，陳 強，陳文興，石忠華 （中車長江車輛有限公司，湖北武漢 430212）

0 引言

近年來，為響應國家綠色環保的號召，水性涂料作為一種新型綠色環保涂料進入涂裝行業。在我國，從20世紀90年代初開始研發水性涂料，其所占市場份額逐年遞增，已被廣泛應用于汽車制造、船舶制造、鐵路機車、交通橋梁和建筑等行業。水性涂料自2008年開始被應用于鐵路貨車上，迄今為止已在多個鐵路貨車制造工廠所使用，并逐漸取代了傳統的溶劑型涂料［1］。

水性涂料以水作為稀釋劑，綠色環保，對人體無傷害。但由于水性涂料的干燥受環境溫度、濕度的影響較大，涂料性能及施工工藝與傳統的溶劑型涂料有所不同，在低溫、高濕的環境下易產生漆膜缺陷［2］。針對水性涂料的特殊性，詳細介紹了鐵路貨車用水性涂料的性能特點和施工工藝，并針對水性涂料在施工過程中出現的涂膜缺陷提出了一些處理方法。

1 水性涂料的性能特點

1.1 環保性

根據鐵路總公司下發的標準《鐵路貨車用水溶性涂料技術條件（暫行）》（TJ/CL 251.1）的規定，鐵路貨車用水溶性涂料中的有機揮發物（VOC）含量需≤150 g/L，比溶劑型涂料中的VOC含量大大降低。

為了研究及驗證其環保性，從多方面對水性涂料進行了環保性能研究：

（1） 選取了多個水性涂料樣品進行了實驗室性能檢測，檢測結果見表1，表1結果顯示，幾個水性涂料樣品的VOC含量遠低于150 g/L。

（2） 溶劑型涂料施工現場有濃烈的刺激性氣味，嚴重刺鼻、刺眼，在現場中較長時間停留時容易出現頭暈、惡心等癥狀；水性涂料施工現場氣味大大減小，進入水性涂料施工現場人體沒有明顯的不適感。

（3） 分別對水性涂料施工現場廢氣入口處及出口處的廢氣進行了測試，檢測其成分及含量，結果見表2。根據表2結果可知，水性涂料廢氣入口處各廢氣含量也能符合GB 16207—1996《大氣污染物綜合排放標準》中規定的有組織廢氣排放標準。

以上結論說明：采用水性涂料噴涂鐵路貨車，VOC的排放量大大減少，未經過廢氣處理也能達到《大氣污染物綜合排放標準》的要求。

根據上述研究情況，鐵路貨車采用水性涂料，可從源頭上控制VOC的排放［3］，改善作業環境，保護作業人員身體健康，保護環境，帶來積極的社會效益。

1.2 安全性

水性涂料以水作為主要溶劑，大大減少了可燃物——有機溶劑的含量，經鑒定，水性涂料不燃不爆，消除了溶劑型涂料在運輸、貯存、施工中存在的安全隱患［4］。

1.3 受環境溫度、濕度影響較大

水性涂料以水作為主要溶劑，干燥速度受環境溫度、濕度影響較大，在低溫、高濕的環境下會存在難干甚至不干的現象；環境溫度過高或濕度過低時容易產生干噴，導致漆膜缺陷及附著力不良的情況［5］。經試驗研究，水性涂料的施工與溫濕度的關系如圖1所示。

從圖1可知，溫度15~35 ℃、相對濕度45%~70%的環境最適合于水性涂料的施工。

1.4 對涂裝表面清潔度要求較高

與有機溶劑相比，水的表面張力較大，在基材表面的鋪展性、潤濕性相對較差。因此，與溶劑型涂料相比，水性涂料對涂漆表面污染物，尤其是油污較為敏感。施工前表面污物去除不凈時，易導致涂膜缺陷。

2 水性涂料的施工工藝

2.1 前期準備

（1） 預處理

鋼材表面需進行拋丸預處理，除銹等級應達到GB/T 8923.1—2011中的Sa 2.5級。未經拋丸預處理的表面，車體或配件成形后，表面需進行拋（噴）射處理，除銹等級應達到GB/T 8923.1—2011中的Sa 2.5級，拋（噴）射除銹方法無法實施時，允許采用機械打磨除銹方法替代，除銹質量須達到GB/T 8923.1—2011中規定的St 2級。

（2） 噴漆前的表面清理

因水性涂料對基材表面清潔度的要求較高，在水性涂料噴涂之前，需對涂裝表面進行徹底清理，鏟除焊渣、飛濺等附著物；對預涂底漆覆蓋不良部位及已返銹部位進行打磨；用200#溶劑汽油或者水性清洗劑將基材表面的油斑、腳印、粉筆字、探傷殘留物等污染物擦洗干凈。存在油斑的部位應重點清理，擦洗2~3遍。

2.2 涂裝要求

鐵路貨車使用傳統溶劑型涂料的涂裝工藝流程為：底漆預涂→底漆噴涂→底漆干燥→面漆預涂→面漆噴涂→面漆干燥→面漆修補→標記涂打→油漆損傷部位修補。

水性涂料的噴涂工藝流程與溶劑型涂料的大致相同，其設備原理、噴涂方式，使用設備，均與溶劑型涂料一致。因水性涂料的施工受環境溫濕度影響較大的性能特點，當溫度過低或濕度過高時，需對待涂裝的車輛進行預熱，噴涂室內需進行送熱風操作，涂裝完畢的車輛需進行烘干。

在下述情況下水性涂料噴涂需增加車輛預熱、送熱風、涂料預熱等處理過程。

（1） 車輛預熱

在氣溫低于12 ℃或環境相對濕度>85%時，噴涂底漆前應對車體或配件進行預熱，預熱溫度≥40 ℃，預熱時間≥15 min。

（2） 送熱風

當氣溫低于5 ℃條件下噴涂或環境相對濕度>85%時，應啟動噴涂室送風加熱系統，保證室內溫度不低于12 ℃。

（3） 涂料預熱

在氣溫低于5 ℃條件下，水性涂料應采取加溫措施，一般采用調漆罐水浴加熱的方式，加熱溫度不宜低于12 ℃。與此同時，涂料庫房也需啟動保溫裝置，保證庫房溫度不低于12 ℃。

（4） 涂料干燥

當環境溫度低于12 ℃、相對濕度大于85%或大批量生產時，涂料須采用烘干方式進行干燥，烘干溫度不低于50 ℃，烘干時間不少于30 min。當車體或配件裝有橡膠、塑料等元器件時，烘干溫度不得高于70 ℃。

當工序及環境條件能保證水性涂料自然干燥時，允許采取自然干燥方式，自然干燥的時間須保證涂層達到實干。

另外，水性涂料漆膜在實干前對水敏感，涂層未達到實干前，車體或配件不得露天存放或淋水。

2.3 施工參數

除施工黏度外，水性涂料施工參數與溶劑型涂料大體一致。因水性涂料所使用的樹脂與溶劑型涂料不同，水性涂料存在一種假稠現象，控制水性涂料施工黏度參數與溶劑型涂料一致時，噴涂時涂料過稀，會產生大面積流掛現象。根據本公司大量噴涂試驗研究及后續跟蹤情況，制定了鐵路貨車常用的幾種水性涂料的施工參數，見表3。

表3 鐵路貨車用水性涂料的施工參數表Table 3 Construction parameters table of water-based paint for railway truck

3 涂膜缺陷及處理方法

根據對水性涂料的研究及噴涂經驗來看，水性涂料涂裝常見如下缺陷，針對這些缺陷，專門研究制定了相應的解決措施。

3.1 流掛（圖2）

圖2 車體表面涂料流掛Figure 2 Surface paint sag

形成原因1：噴涂環境溫度太低。

解決措施：噴涂前基材表面預熱、噴漆室送熱風加熱（12 ℃以上）、涂料材料預熱。

形成原因2：噴涂及干燥環境相對濕度太高（>85%）。

解決措施：噴涂前表面預熱、噴漆室送熱風加熱（12 ℃以上）、涂料材料預熱。

形成原因3：一次性噴涂過厚。

解決措施：控制噴涂距離和噴涂流量，注意在噴涂過程中兩條漆帶不能過多重復，保持均勻的噴涂速度。

形成原因4：涂料過度稀釋

解決措施：調漆時控制加水量，涂料黏度調配應在工藝規定范圍內。

3.2 開裂（圖3）

圖3 涂層表面開裂Figure 3 Cracking of the coating surface

形成原因：一次性噴涂太厚、烘干溫度過高和閃干時間太短等綜合因素影響。

解決措施：（1） 一次性噴涂厚度最好控制在50~80 μm之間。（2） 烘干溫度不要超過70 ℃，在能干的情況下，最好控制在40~60 ℃。

（3） 條件允許的情況下，噴涂后可閃干10 min左右后再烘干。

3.3 干噴（圖4）

形成原因1：噴涂環境溫度過高（>40 ℃）。

解決措施：降低環境溫度或稀釋涂料。形成原因2：噴涂環境相對濕度太低（<40%）。解決措施：提高環境濕度或稀釋涂料。

圖4 干噴產生的白霜Figure 4 Hoarfrost from dry spray

3.4 斑點（圖5）

圖5 斑點Figure 5 Spots

形成原因1：基材表面存在污染物。

解決措施：加強基材表面清理工作，確保將油污、探傷液及其它污染物清理干凈。

形成原因2：噴涂材料中混有油脂。

解決措施：切換水性涂料前，應對使用溶劑型涂料的調漆桶、噴涂設備及管路系統進行徹底清洗。建議先用溶解性強的環氧漆稀釋劑或聚氨酯漆稀釋劑浸泡1 h以上，然后再清洗噴漆機及管路系統，最后再用清潔自來水沖洗，直至清洗水無色、無明顯油花。

3.5 油漆脫落

形成原因1：基材表面的油污等雜質未清理干凈。

解決措施：加強基材表面清理工作，確保將油污、探傷液及其它污染物清理干凈。

形成原因2：噴涂時溫度過低或者相對濕度過高。

解決措施：根據環境溫度和濕度情況，增加表面預熱、噴漆室送熱風（12 ℃以上）、烘干等操作。

4 結語

通過對水性涂料性能特點及施工工藝的研究，提出了處理涂膜缺陷的方法，通過制定適合鐵路貨車水性涂料施工的工藝規范，有效解決了鐵路貨車用水性涂料施工工藝技術尚不成熟的難題，為水性涂料在鐵路貨車上的全面推廣應用、實現綠色制造奠定技術和理論基礎。