铁路机车采用水性漆涂装应用分析及技术难点

杨晓健¹，王爱民²，李康民¹

（1、神华铁路货车公司沧州分公司，沧州061113 2.山西华豹涂料有限公司，太原 030032）

摘要：通过在铁路机车检修中采用水性漆进行涂装的应用研究与试验检测，将水性漆和溶剂型涂料在性能、成本等方面进行了对比，提出了在铁路机车检修时采用水性漆进行涂装作业过程中需要重点注意的问题及解决方案。

关键词：水性漆；铁路机车；解决方案。

1、引言：

随着人们环保意识的增强及国家环保法律法规的健全，对溶剂型涂料中的挥发性有机化合物(VOC)的管控越来越严格，一些发达国家已禁止将溶剂型涂料用于防腐处理，因此，防腐能力强而且环保的水性涂料开始受到人们的高度重视。在机车检修行业，目前各维修工厂还是采用传统溶剂型漆进行涂装，铁路机车因为常年在风吹、雨淋、日晒和腐蚀老化等恶劣环境中运行，在进入大修时车体及零部件表面的状态都不是很好，采用水性漆涂装如何保证涂装质量无疑是摆在涂装工艺人员面前的一道技术难题。

2、水性漆介绍

水性漆是一种以水为稀释剂的新型环保涂料，不含有甲醛、笨类等对人体有害的物质。水性漆的色泽、丰满度与溶剂型漆相同，柔韧性很好，防水性能较佳。水性漆的优点主要是安全、环保，污染小。因其以水作为溶剂，VOC相对较少，减少了对环境的污染，节省了能源和成本，非常符合现阶段资源环保型时代的发展需求，所以在推出之初迅速受到人们的青睐。而且，水性漆的涂装设备也都可以使用清水直接进行清洗，既方便又节能。更重要的是，水性漆基本能够适应市场中常见基材的表面，具有较强的附着力，不易脱落和氧化。但是在施工过程中，水性漆对于基材表面的清洁度要求较高，如果清理不干净，那么水性漆涂装出来的效果会受到很大影响。

3、水性涂料与溶剂型涂料的对比

3.1 组成对比

3.2 特性对比

树脂形态	均一	不均一
树脂粒径/nm	溶液	20～500
外观(无颜料时)	透明	乳白色
铝粉	生铝粉	表面处理铝粉
涂料粘度	低	高
稀释剂	各种溶剂	水
PH管理	--	检测
起泡性	小	小
绝缘电阻值	高	高
固体份	60～70%	50%±2
保质期	12个月	6个月

3.3 性能对比

（1）水性底漆与溶剂型底漆性能对比

项目	水性底漆	溶剂型底漆
表干时间(23±2)℃/min	≤12	≤20
实干时间(25℃)/h	≤20	≤24
烘烤时间(65℃)/min	≤30	≤30
适用期（25℃）/h	≤4	≤4
硬度	≥H	≥HB
柔韧性/mm	1	1
耐冲击性/cm	50	50
划格法	0	0
耐水性(23±2)℃/min	240h不起泡，不脱落，不锈蚀。	240h不起泡，不脱落，不锈蚀。
耐油性(25℃，10#变压油)	48h，无变化	48h，无变化
耐酸性	24h不起泡，不起皱，轻微变色	24h不起泡，不起皱，轻微变色
耐碱性	24h不起泡，不起皱，轻微变色	24h不起泡，不起皱，轻微变色
耐湿热性	240h，不大于1级	240h，不大于1级
耐盐雾性（500h）	划痕处单侧锈蚀宽度≤2mm，无气泡，不生锈。	划痕处单侧锈蚀宽度≤2mm，无气泡，不生锈。

水性底漆具有优异的耐盐雾性和机械性能，同时表干速度和固化时间也基本与溶剂型环氧底漆相当，完全适用于铁路机车的底漆涂装。

（2）水性面漆与溶剂型面漆性能对比

项目	水性面漆	溶剂型面漆
表干时间(23±2)℃/min	≤18	≤20
实干时间(25℃)/h	≤10	≤24
烘烤时间(65℃)/min	≤30	≤30
适用期（25℃）/h	≤4	≤4
光泽度(60°)	≥85	≥85
硬度	≥2H	≥H
柔韧性/mm	1	1
耐冲击性/cm	≥50	≥50
划格法	0	0
耐水性(23±2)℃/min	480h不起泡，不脱落，不锈蚀。	480h不起泡，不脱落，不锈蚀。
耐油性(25℃，93#汽油)	24h，外观无明显变化	24h，外观无明显变化
耐酸性	48h不起泡，不起皱，轻微变色	48h不起泡，不起皱，轻微变色
耐碱性	48h不起泡，不起皱，轻微变色	48h不起泡，不起皱，轻微变色
耐热性(105±5)℃，24h	不起泡，不脱落，不开裂，无明显变色失光。	不起泡，不脱落，不开裂，无明显变色失光。
耐人工加速老化性（1200h,1级）	不开裂，不粉化，不起泡，轻微变色(△E≤3)，失光≤16.5%。	不开裂，不粉化，不起泡，轻微变色(△E≤3)，失光≤20%。
耐温变性(10个周期)	不起泡，不脱落，不开裂，无明显变色失光。	不起泡，不脱落，不开裂，无明显变色失光。

水性面漆具有优良的耐老化性能，完全适用于铁路机车的面漆涂装。

3.4 施工特性对比

项目	溶剂型涂料	水性涂料	备注
环保性和安全性	不环保、易燃	环保、安全、不易燃
涂装质量控制难易	容易	容易
喷房空调系统的温湿度	溶剂自然蒸发，环境温湿度影响不是特别大。	受环境温度、湿度影响	水性涂料喷房需将温湿度控制在工艺要求的范围之内。
色漆与清漆的配套性	色漆层闪干速度快，与清漆层之间无渗色，无需烘干	色漆层闪干速度快，与清漆层之间无渗色，无需烘干
涂料的施工性	涂料施工粘度低，需稀释后使用；涂料的施工性能好，对输调漆系统负荷要求不高。	涂料施工粘度低，需稀释后使用，粘度适中、触变性大、漆雾雾化好	须保证水性涂料自动输调漆系统泵的功率满足要求。

3.5 成本对比

项目	溶剂型涂料	水性涂料
涂料成本	油性主漆、固化剂、稀释剂，成本约15元/m2	水性主漆、固化剂、稀释剂，成本约18元/m2
尾气处理方式及成本	成本高(水帘、活性炭等离子处理/焚烧等)	成本低(水帘式吸附，物理过滤后直接排放)
后处理装置及折旧成本	新建后处理装置约250～500元，在建费用50万元，每年折旧40万元	不需要新建后处理装置，投资10万元以下
废气处理成本	日常运行成本高、活性炭吸附及处理设备	日常维护成本低，符合环保要求，无需添加后处理设备，可物理过滤后直排
废水处理成本	油性絮凝剂	水性絮凝剂，日常运行成本基本持平
废渣	危险固废	普通固废
包装桶	危险固废	普通固废

水性漆与油性漆相比有上述多方面优势，且铁路机车行业对涂层的耐候性、耐腐蚀性、装饰性、机械性能等要求及涂装作业环境普遍低于汽车行业，理论上容易实现全水性漆的涂装。

4、铁路机车采用水性漆涂装的技术难点

水性漆用于机车涂装时，主要需要解决以下难点问题：

4.1水性漆施工闪蚀问题

水性漆以水为溶剂，在施工喷砂件时，很容易产生“闪蚀”问题，在施工喷砂件时，漆膜表干之前，在喷砂件的表面就产生了锈点，起初解决办法以喷砂件预热为主，将喷砂件放置喷漆房之后烘干升温预热1个小时，使喷砂件表面温度达到40℃左右，喷涂水性漆时由于车体温度高，漆膜在2分左右表干，这样解决了喷砂部件的“闪蚀”问题，但此解决办法需要的时间成本和经济成本较高，给企业带来了工序部件流转不畅、效率低、经济成本高等一系列问题。后续经过多次配方改良试验，在原有配方基础上添加了“抑制剂”，在施工喷砂工件时，作业环境只需要提供75%以下的湿度，10℃以上的温度即可，有效的解决了水性漆施工闪蚀问题，同时提高了工作效率为企业降低了施工成本。

4.2 受湿度较大时水性漆干燥速度慢

溶剂型漆干燥过程中挥发的是有机溶剂，空气中水分的多少不影响其干燥速度，而水性漆干燥过程中挥发的主要是水，空气中水份含量的大小会严重影响水性漆中的水向空气中的挥发速度，即影响水性漆的干燥速度，当空气的相对湿度较低时，水性漆干燥较快，反之较慢。所以针对湿度较大的施工环境研发了双组份水性丙烯酸聚氨酯面漆，不单单依靠空气流通自然干燥，而是添加了相应的固化剂，通过交联反应致使漆膜固化干燥，不仅提高了漆膜的防腐性能，而且还解决了施工环境相对湿度较大时的干燥问题。

4.3 水性漆漆膜光泽度的提高

传统油性漆的漆膜光泽度主要以树脂含量、颜料的细度、颜基比等主要条件来确定其光泽度，颜料细度越细，在基料中的分散性越好，越便于形成平整光滑的漆膜。另外各色的颜料对光的吸收和反射程度不同，例如黑色完全吸收光泽，白色完全反光，这样黑色比白色显得要亮许多。水性漆光泽度通常较低，一般最高也就70°左右，但是由于机车外表面对涂料的光泽度要求90°以上，基于以上要求，在不影响漆膜其他性能的基础上，通过调整配方、采用特殊原材料，以及水性乳液的特殊处理，研制出的高光水性漆光泽度在95°左右，不仅满足了铁路机车装饰性的要求，还满足了一些其他工程机械类客户的要求。

4.4 水性漆的配套性

铁路检修机车在整体涂装时，新的涂装作业是在原有旧漆膜的基础之上进行施工的，施工前需要对原有的旧漆膜进行打磨处理，除掉附着力差的漆膜后再进行涂装作业，但是原有的漆膜多为油性漆，水性漆在油性漆上面进行涂装是否会影响漆膜的附着力，是否会出现化学反应引起漆膜的变化，带着一系列的问题，进行了大量的配套性能试验，研发出了与油性漆具有良好配套性的水性漆，也就是说无需将原有老漆膜进行脱漆作业就可施工水性漆。但在施工过程中会遇到不同地方的中修车，各地也是施工管控不一，有原有旧漆膜未添加固化剂或者少添加固化剂的情况，造成在涂装时会出现咬底现象，这种情况不管是涂装油性漆还是水性漆结果都会有咬底的现象，这时候就需要将检修机车的旧漆膜使用脱漆剂或者抛丸方式进行脱漆处理，重新进行刮腻子和打磨，然后再涂装水性漆才能够保证质量。

5、结束语

水性漆不但大大降低了VOC的排放量，实现了节能减排，同时水性漆各项性能指标也优于溶剂性产品的性能指标，提高了防腐性能。随着水性漆越来越广泛的应用和涂装工艺的不断成熟，在机车检修时采用水性漆进行涂装，不但涂装质量可以与传统油性漆相媲美，而且最重要的是解决了企业的安全和环保难题。

参考文献

[1] 曹京宜等编著.涂装表面预处理技术与应用.北京：化学工业出版社，2004.10

[2]GB 14444-2006《涂装作业安全规程　喷漆室安全技术规定》

[3]耿耀宗，赵风清.现代水性涂料配方与工艺.北京：化学工业出版社，2004.5