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軌道車輛的水性漆噴涂研究

文檔作者：戴惠新鄭云昊張夢樵方振衛(wèi) 張湘菊羅瑞文檔來源：中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年04月27日
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第40卷第10期
2019年10月
涂層與防護
COATING AND PROTECTION
Vol.40 No. 10
Oct.2019
軌道車輛的水性漆噴涂研究
戴惠新，鄭云昊，張夢樵，方振衛(wèi)，張湘菊，羅瑞
(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，南京210031)
摘要:溶劑型涂料對涂裝操作人員和環(huán)境造成了較大傷害，隨著國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和人們環(huán)保
意識的提高，城軌車輛噴涂開始使用水性漆。本研究結合水性漆在城軌車輛上的應用情況，分析了水性漆
涂層結構、施工工藝及性能要求;介紹了水性漆的特點和應用中出現的問題;探討了應對措施，為城軌車輛
使用水性漆生產提供了參考。
關鍵詞：城軌車輛；水性漆；環(huán)保
中圖分類號:TQ630.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2418(2019) 10-0044-05
Study on Waterborne Coatings and Spraying Process for
Rail Vehicle
Dai Huixin, Zheng Yunhao, Zhang Mengqiao, Fang Zhenwei, Zhang Xiangju, Luo Rui
(CRRC Nanjing Puzhen Rolling Stock Co., Ltd., Nanjing 210031, China)
Abstract: Solvent -based coatings is harmful to the operators and environment.Waterborne
coatings has been applied more and more in rail vehicles under the background of the increasingly
strict environmental policies and growing environmental awareness. In this paper, the coating
structure, coating process and performance requirements of the waterborne coatings are described as
viewed from the status quo of waterborne coatings applied in rail vehicles. Meanwhile, the
characteristics, current problems and solutions of the waterborne coatings are discussed with the
purpose of providing a reference for the coating production of rail vehicles.
Keywords: coil coating ; coil metallic coating ; polyester resins ; amino resin ; storage ; color
difference
0引言
近年來伴隨著經濟的發(fā)展，城軌車輛的需求也快
速增長。據市場部門統(tǒng)計,公司近3年城軌車輛生產
數量超過5 000輛，涂裝產能的不斷提升對環(huán)保的壓
力與日俱增。為此中國中車為應對生態(tài)環(huán)境保護的嚴
峻形勢，打好污染防治攻堅戰(zhàn)，要求城軌車輛生產過
程中必須提升涂裝環(huán)保性，嚴格控制VOC的排放。
水性漆以水為稀釋劑，不含苯及苯的衍生物類等
有機溶劑，具有良好的延展性、透氣性、耐老化性、不
44 涂層技術 COATING TECHNOLOGY
易開裂脫落，對環(huán)境非常友好。其在軌道車輛上的使
用能從涂裝生產前端減少涂料中的溶劑含量，是VOC
減排的重要手段，有利于城軌車輛環(huán)保性的提升。在
涂裝生產中用水性漆全面替代目前普遍使用的溶劑
型涂料，可以減少石油能源資源浪費，降低資源消耗
和環(huán)境污染，解決了危害產業(yè)工人及周邊群眾身體健
康的負面影響問題，以提升公司的核心競爭力，是公
司制造能力提升的一種表現。本研究詳細介紹了軌道
車輛涂裝使用水性漆的施工工藝、涂層結構和漆膜性
能要求，系統(tǒng)分析了水性漆的特點、生產過程中遇到
戴惠新，等：軌道車輛的水性漆噴涂研究
的問題及解決措施。城軌車輛涂裝的工藝流程如圖2所示。
1城軌車輛水性漆介紹
1.1水性漆涂層結構
城軌車輛涂裝涂層分為水性環(huán)氧底漆、水性漆配
套聚酯膩子、水性聚氨酯中涂漆和水性聚氨酯面漆，
車輛主體面漆顏色有3種叫如圖1所示。
1.1.1水性環(huán)氧底漆
水性環(huán)氧底漆作為涂裝體系的第一層，直接與基
材相連接，其附著力和防腐能力對整個涂層的性能和
質量影響較大叫因此水性環(huán)氧底漆需具備優(yōu)良的附
著力、優(yōu)異的耐化學品、防腐蝕性、良好的打磨性等。
水性環(huán)氧底漆施工時（基料:固化劑）按質量比5：1配
制，混合均勻后，分次加入去離子水，調整黏度至30 ~
50 s（T-4杯），采取濕碰濕噴涂工藝噴涂兩道，層間間
隔10-20 min0噴涂完成后在室溫下流平0.5 h,再在
60七條件下烘烤2 h。漆膜干燥后，控制底漆干膜厚度
40~80 |imo
1.1.2水性聚酯膩子
打磨底漆層后，（基料:固化劑）按質量比100：2調配
水性聚酯膩子，涂刮3~4遍。膩子干燥后，經打磨后的車
體表面應無刀痕、針孔等缺陷，控制膩子膜厚W3 mm。
1.1.3水性聚氨酯中涂漆
水性聚氨酯中涂漆的主要作用是提高車體外觀
的美觀性，修補膩子層的缺陷以及提高涂層的耐候
性。水性聚氨酯中涂漆施工時先用180目砂紙打磨膩
子層，然后（基料：固化劑）按質量比6:1配比調配，混
合均勻后，分次加入去離子水，調整黏度至20-30 s
（T-4杯），采取濕碰濕噴涂工藝噴涂兩道，層間間隔
10-20 min。噴涂完成后在室溫下流平0.5 h,再在60 °C
條件下烘烤2 h。漆膜干燥后，控制涂層膜厚80~3 160
“m,光澤度（60。角）50%~60%。
1.1.4水性聚氨酯面漆
根據城軌車輛運用的特點，水性聚氨酯面漆具備
可低溫固化、高外觀性、高硬度及良好的耐老化性能
和耐溶劑性能。噴涂水性聚氨酯面漆時先用240目砂
紙打磨中涂漆層，然后（基料：固化劑）按質量比5:2配
比調配，混合均勻后，分次加入去離子水，調整黏度至
18-25 s（T-4杯），采取濕碰濕噴涂工藝噴涂2道，層
間間隔10-20 min。噴涂完成后在室溫下流平0.5 h,
再在60七條件下烘烤2 h。漆膜干燥后，控制涂層膜
厚120~3 240 jim,光澤度（20。角）M80%；涂裝完成的
城軌車輛外觀如圖3所示。
1.2水性漆涂層性能要求
基于噴涂溶劑型油漆的城軌車輛應用經驗，結合
水性漆在城軌車輛上使用情況，城軌車輛用水性漆性
能要求見表lo
涂層技術 COATING TECHNOLOGY
圖3城軌車輛水性漆外觀
表1城軌車輛用水性漆性能要求及檢驗方法
序號檢驗項目檢測方法檢測要求
1 附著力按ISO 2409規(guī)定進行劃格間距3 mm W1級
2 硬度按GB/T 6739規(guī)定進行
3 杯突試驗參考ISO 1520,按GB/T 9753規(guī)定進行M4 mm
4 沖擊
正沖：按ISO 6272-1規(guī)定，質量1 000 g高度500 mm進行；反無任何裂痕
沖：按ISO 6272-1規(guī)定，質量1 000 g高度100 mm進行無任何剝離
5 彎曲性能按ISO 6860規(guī)定進行，目視觀察超岀心軸小端40 mm區(qū)域無任何裂痕/無任何剝離
6 耐酸性按 GB/T 9274 規(guī)定進行,10%H2S04,24 h 基本無變化
7 耐堿性按 GB/T 9274 規(guī)定進行,10%NaOH,24 h 基本無變化
8 耐水性按 GB/T 1733 規(guī)定進行，40^,24 h 基本無變化
9 耐熱性按ISO 3248規(guī)定進行，(150±2)弋1 h 基本無變化
10 耐沾污性按GB/T 9780規(guī)定進行W1級
11 MEK擦拭
按ASTM D5402規(guī)定進行，使用丁酮進行擦拭，往復擦拭50次，
擦拭完成后立即與鄰近區(qū)域的漆膜外觀和硬度進行比較
無明顯變化
12 鹽霧防腐循環(huán)按ISO 9227規(guī)定和NF F19-201附錄E條款進行，1 000 h 十字交叉處腐蝕W3 mm,其分表面無腐蝕
13
耐人工氣候加速試按GB/T 14522附錄C中“暴露類型7”進行，按GB/T 1766進行W2級
驗 1 000 h 評價
1.3涂裝流水線使用水性漆改造項點
涂裝流水線原先溶劑型油漆的配置不能滿足水
性漆的施工要求，需要對涂裝流水線進行改造。
1.3.1水性漆的運輸和儲存
水性漆的儲存周期比溶劑型短的多，通常只有6
個月，在使用過程中需做好“先進先出”；而且水性漆
的冰點比過去使用的溶劑型油漆高的多，凍融穩(wěn)定性
也差，一旦結冰，水性漆就會失效，且過程是不可逆
的。涂裝流水線在水性漆的運輸和儲存時增加供暖設
備，保證環(huán)境溫度M15七。
1.3.2涂裝流水線的設備
(1) 水是腐蝕介質，涂裝流水線的設備容器和輸
送管路需改造為不銹鋼材質的；
(2) 由于水性漆的施工受溫濕度影響較大,水性漆
干燥需要涂裝流水線噴、烘漆房具有強制干燥功能和
恒溫恒濕功能，以保證水性漆的涂裝質量和漆膜外觀；
(3) 水性漆導電，無法采用傳統(tǒng)的靜電噴涂方式，
涂裝流水線需配置水性靜電噴涂設備。
2城軌車輛涂裝使用水性漆的必要性
國家各級環(huán)保部門對環(huán)境評價的要求不斷提高，
隨著2017年初中共江蘇省委、江蘇省人民政府印發(fā)
《“兩減六治三提升”專項行動方案》(蘇發(fā)［2016J47
號)通知，其中明確提出治理揮發(fā)性有機物污染，要求
涂層技術 COATING TECHNOLOGY
戴惠新，等：軌道車輛的水性漆噴涂研究
2018年1月1日起交通工具制造業(yè)全面使用水性、高
固體份、無溶劑型等低VOCs含量的涂料替代原有的
溶劑型涂料”。
為滿足相關環(huán)保要求，城軌車輛涂裝使用水性漆
生產。采用水性漆后，降低VOCs效果明顯，施工狀態(tài)
下VOC含量由目前溶劑型油漆的550 g/L下降到150
g/L,大大降低涂裝流水線施工過程中VOC的排放。
2.1水性漆性能同樣優(yōu)越
水性漆參照溶劑型油漆的標準檢測，具有與溶劑
型油漆一致的化學穩(wěn)定性，耐腐蝕抗老化性、裝飾性
及附著力、彎曲等綜合性能。
2.2水性漆更加環(huán)保
水性漆的使用有利于涂裝流水線廢氣排放符合
日益嚴格的環(huán)保法規(guī)要求。
2.3水性漆更加安全
水性漆以水為溶劑，相對于溶劑型油漆而言，不僅
減少了能源的消耗,還可以降低火災危險，提高了職工
職業(yè)健康水平，確保施工人員的身體健康。
2.4水性漆清洗成本低
城軌車輛涂裝后，噴涂設備的清洗是一項麻煩又
必不可少的工作。溶劑型涂料的噴涂設備需要用大量
有機溶劑清洗，成本較高且污染較大；水性漆的噴涂
設備可以直接用水清洗,成本低，更環(huán)保。
2.5車體表面美觀性
水性漆對鋁合金材質城軌車輛車體表面適應性
好，涂層附著力強；車體焊縫、棱角部位都能涂上一定
厚度的漆膜，提高了車體的防腐性能且漆膜均勻、平
整，流平性好，漆膜整體外觀比溶劑型漆好。
3城軌車輛涂裝使用水性漆遇到的問
題和解決方法
目前，水性漆在軌道車輛涂裝生產中已使用了一
段時間，由于其揮發(fā)速率較低、表面張力較大，潤濕性
較差，蒸發(fā)熱、熱容值較大的物化特性，在生產過程中
仍出現了潤濕不好、霧化差、流平不好、流掛等缺陷，
影響了城軌車輛涂裝的施工和質量。
因此除了提升水性漆產品質量外，還需在軌道車
輛涂裝生產施工過程中，嚴格把控水性漆的施工參數。
3.1前處理對城軌車輛涂層的影響
水性漆以水為溶劑，其表面能為72 mN/m,溶劑
型漆的溶劑的表面能為25 mN/m,所以水性漆對于基
材的潤濕效果較溶劑型涂料差很多。因此水性漆在城
軌車輛光滑的鋁合金表面很難起到很好的“潤濕”效
果，而且前處理后車體表面如果粘有油脂類等雜質，涂
層有可能出現縮孔的現象。所以城軌車輛車體必須進
行打砂處理，使涂層與車體表面形成良好的附著力。
選用40目的棕剛玉作為噴砂磨料，去除基材表面所
有雜質，達到粗糙度6.3WRaW12.5,基材表面清潔度
Sa2.50
3.2水性漆調配對城軌車輛涂層的影響
水性漆觸變性大，極易受剪切力的影響。水性漆
在調配過程中攪拌速度過大會影響其性能，甚至發(fā)生
變性導致城軌車輛涂層失效。因此，需要嚴格控制氣
動攪拌器攪拌的速度，邊加入固化劑邊攪拌，待攪拌
均勻后再加入去離子水稀釋。根據城軌車輛項目開始
前產品驗證的情況控制水的添加量，同時參考黏度杯
(T_4)進行定量，根據城軌車輛涂層質量情況不斷調
整加水量來保證水性漆涂層性能不會衰減。
3.3水性漆適用期對城軌車輛涂層的影響
水性漆基料和固化劑兩組分配置好后，除了體系
中的多元醇與異氧酸酯的反應外，不可避免體系中的
水和異氤酸酯也同時發(fā)生反應。隨著時間延長，異氧
酸根被無效消耗的量越大，涂層的交聯度降低，漆膜
性能變差。但這時水性漆外觀無明顯變化，如果仍然
使用超過適用期的水性漆，涂層則會岀現不干、附著
力差及耐溶劑性能不好等涂層性能不穩(wěn)定現象，造成
材料浪費。因此必須嚴格控制水性漆基料和固化劑混
合后的適用時間并做好記錄，一般不超過3 h叫
3.4水性漆使用環(huán)境對城軌車輛涂層的影響
水性漆以去離子水為溶劑，由于水的自身表面張
力較大，潤濕性較差而導致水性漆易出現流掛、縮孔、
“癢子”現象；而且水的蒸發(fā)熱比溶劑型油漆大(有機溶
劑：350~450 kj/kg；去離子水：2 258 kj/kg”,相同條件
涂層技術 COATING TECHNOLOGY
戴惠新，等：軌道車輛的水性漆噴涂研究
下，水的揮發(fā)需要更長時間，所以水性漆使用環(huán)境的
溫濕度對水性漆的干燥具有很大的影響。溫度一定時,
如果相對濕度過大,水分揮發(fā)較慢，增加了涂層出現流
掛、縮孔、捧子現象的幾率，影響城軌車輛涂層質量。
因此水性漆噴涂施工時需要嚴格控制環(huán)境條件，溫度
15-30七,相對濕度30%~80%,噴漆室內風速＜0.5 m/s。
同時由于水性漆中水分揮發(fā)速度相比溶劑型涂料揮發(fā)
慢，層間閃干時間需由15 min延長至30 min,噴涂完成后
流平30 min后再在60咒環(huán)境下烘烤2 h0
3.5水性漆涂層的修補對城軌車輛涂層的影響
為保證城軌車輛涂層質量，在涂裝工作完成后需
要對車體局部進行修補，修補的效果直接影響城軌車
輛涂層的質量。由于水性漆水的溶解性較差，修補時
必須使用弱有機溶劑作為接口水，其溶解性不宜過
強，否則會出現面漆不著色、色差等問題；其溶解性也
不宜太弱，避免出現接口不溶的現象，影響修補的效
果。同時提供專業(yè)培訓提高水性漆修補工藝技術水平
和操作員工的技能。
3.6水性漆成本的影響
水性漆成本對水性漆在城軌車輛涂裝的推廣運
用影響較大。根據涂裝流水線使用的水性漆體系，其
材料價格對比溶劑型漆上升約30%~40%；在施工過
程中還需要增加強制干燥設備和恒溫恒濕設備，同時
也增加了能耗；施工完成后廢水的處理也需要增加成
本以免造成水污染。因此城軌車輛涂裝使用水性漆
時，需要通過強化管理、優(yōu)化工藝及配備水性靜電設
備等手段減少物料消耗，減輕因此產生的成本壓力。
4結語
終上所述，與傳統(tǒng)的溶劑型漆相比，水性漆具有
環(huán)保、安全、外觀性能好及職業(yè)健康等優(yōu)點，適合城軌
車輛涂裝的發(fā)展趨勢；但城軌車輛涂裝生產過程中,
使用水性漆的問題仍然較多，需要通過提升水性漆原
料質量和我們涂裝質量管理水平、生產工藝水平及涂
裝設備能力才能一一解決，這樣城軌車輛涂層外觀美
觀性才能得到保證；滿足綠色發(fā)展的需要，為減少
VOC排放，保護環(huán)境，造福社會貢獻一份力量！
參考文獻
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研究涂料技術與文摘,2016,37(8):2-6.
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及彬響要素［J］.涂料技術與文摘,2017,38(3):18-23.
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方法的研究［J］.涂料技術與丈摘,2017,38(3):50-56.
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用介紹［J】?現代涂料與涂裝,2016,19(1):52-59.
PPG航空Aerocron電泳底漆獲得美國空軍質量認證
PPG近期宣布，由于其Aerocron航空電泳底漆對于航空器零部件基材具有優(yōu)異的防腐蝕性和層間附著力增強作用，已獲得
美國空軍質量認證?？哲娷姺皆谝寻l(fā)布的適航通告中指出該類底漆可作為涂裝航空器部件外表面的技術規(guī)格，并將PPG的電
泳底漆列人空軍技術規(guī)程1-1-8中。
美國空軍某項目負責人Terry Gabbert表示，空軍正與PPG合作，共同推進涂裝了 PPG航空電泳底漆的航空器在多個基地
的實地測試工作，我們研究這些獲得的第一手數據材料，以驗證這種電泳底漆與噴涂底漆對比試樣相比具有相同或更好的性
能，據此空軍決定PPG的Aerocron電泳底漆獲得軍方質量認證，并列人美國國防部電泳涂料應用體系中。
PPG負責防護、航空、美洲涂料業(yè)務的全球事業(yè)部經理Duane Utter表示，多年來美國空軍是PPG航空底漆的用戶，雙方密
切合作，通過實驗室以及實地測試涂料的性能，開展研發(fā)工作。非常感謝空軍軍方的支持，并繼續(xù)致力于研發(fā)以滿足軍方的防腐
需求。
與典型的噴涂底漆相比，電泳底漆在航空領域發(fā)揮很大的作用，其涂層平整、防腐性優(yōu)異，而且，涂層更薄，有利于航空器輕
量化和燃油經濟性，施工性能優(yōu)異，熱固化時間約30 min等。另外，維護時更快捷，以此提高航空器的利用率。
48 涂層技術 COATING TECHNOLOGY

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