水性漆在低地板车辆涂装线的运用

2013-07-13戴惠新方振卫

铁路技术创新 2013年6期

■ 戴惠新方振卫

戴惠新：南车南京浦镇车辆有限公司，高级工程师，江苏南京，210031

方振卫：南车南京浦镇车辆有限公司，助理工程师，江苏南京，210031

我国城市轨道交通建设迅猛，预计至2016年总建设里程为2 500 km，因此需要配属的车辆约1万辆。目前使用的溶剂型涂料中有机溶剂的排放是仅次于汽车尾气的全球第二大大气污染源，且溶剂排到大气中后，会造成光化学污染，形成温室效应。目前低地板车辆上使用的溶剂型涂料在涂装过程中产生大量VOC，致使作业环境恶劣，危害操作者身体健康，施工场所易燃易爆，同时会对周边环境造成影响。在环保日渐重视的今天，水性漆在低地板车辆上的使用是大势所趋。

1 低地板车辆介绍

低地板车辆为100%低地板设计结构。车辆宽2.65 m，双向有轨低地板车辆包括5个模块，至少56个座椅和2个多功能区，并且有4扇单页门和8扇双页门。车体结构主体颜色种类是4种，油漆材料类型是水性漆（见图1）。

图1 水性漆涂装外观

2 低地板车辆水性漆施工工艺

2.1 工艺流程（见图2）

2.2 水性漆作业方法

2.2.1 前处理

（1）除油清洗。因为水性漆是以水作为溶剂的涂装材料，而金属基材面不可避免地会有许多油渍、锈蚀物，根据相似相容原理，这些油渍的存在会严重影响涂层的附着力，甚至涂层无法覆盖到金属表面；而金属表面涂刷的防护涂层通常是靠涂料分子与金属表面极性基团之间的范德华力相互吸引，以及基料、颜料与金属铁之间的化学反应，使涂层紧密覆盖，达到保护金属的目的。因此，涂装前，表面处理应尽可能除去杂质，使金属裸露在表面。

（2）打砂处理。车体喷砂处理后，提高了基材表面的粗糙度和表面积，随着粗糙度和表面积的增大，涂层与基材表面的基础面积成倍增加，界面间的引力也增大，还为涂层附着力提供了机械齿合作用，有利于提高涂层附着力；涂层在固化中会产生较大的内应力，粗糙度的存在可以有效消除涂层中的应力集中，防止涂层开裂；同时表面粗糙度的存在有助于消除流挂现象，对于垂直涂装的表面作用尤为明显，但表面过于粗糙也会带来不利影响。与光滑表面相比，使用相同的涂料量，其涂层厚度降低，尤其在波峰处，涂层厚度往往不足，造成涂层破坏。此外，粗糙度过大还会在涂装时截留空气，造成涂层起泡、脱落，实践证明粗糙度为6.3~12.5μm是较合适的生产工艺。

图2 低地板水性漆施工工艺流程

2.2.2 水性环氧底漆喷涂

（1）参照溶剂型现有工艺，底漆每道工序间隔24 h，要求水性环氧底漆不改变生产效率；

（2）底漆采用高压无气喷涂施工，分2次喷涂达到要求厚度，湿碰湿工艺，每次间隔20~30 min；

（3）底漆涂装完成后可以进行烘烤，烘烤温度约60 ℃，要求漆膜具有良好的外观，要求“15~25 ℃，24 h；25 ℃以上，18 h”后用P120目砂纸打磨，打磨性好。

2.2.3 腻子刮涂

参照溶剂型现有工艺，腻子每道工序间隔4 h，要求腻子无缩孔。

2.2.4 水性聚氨酯中涂、面漆喷涂

（1）参照溶剂型现有工艺，面漆每道工序间隔24 h，要求水性聚氨酯漆不改变生产效率；

（2）面漆采用高压无气喷涂施工，分2次喷涂达到要求厚度，湿碰湿工艺，每次间隔20~30 min；

（3）面漆涂装完成后可以进行烘烤，烘烤温度约70 ℃，要求漆膜具有良好的外观。

3 水性漆的优缺点

3.1 使用水性漆的优势

水性漆用水作溶剂，具有环保、安全、简便、节能四大特征，通过试制，认为在低地板车辆使用水性漆有以下几个优势：

（1）水性漆不含有害溶剂和重金属，不会危害员工健康；

（2）水性漆以去离子水作溶剂，施工后工具也可用水清洗，大大减少有机溶剂的消耗，节省大量石油资源，同时施工时由于VOC排放量低，改善了操作员工的作业环境条件，降低了对大气污染；

（3）水性漆以水作溶剂，施工时消除了火灾危险，运输、储存的安全隐患也较低；

（4）水性漆对铝合金或碳钢材质城轨车辆车体表面适应性好，涂层附着力强；

（5）水性漆漆膜均匀、平整，流平性好，城轨车辆车体焊缝、棱角、棱边部位都能涂上一定厚度的漆膜，提高了车体的防腐性能。

3.2 使用水性漆的问题

（1）水性漆成本较高；

（2）水性漆施工时温度、相对湿度要求较为苛刻，需要增加空调调整温湿度，增加能耗；

（3）水的挥发受环境影响大，温度低、湿度大严重影响漆膜干燥速度；

（4）水的挥发速率慢，喷涂时挥发较少，容易流挂；

（5）水的表面张力高，对基材润湿差容易产生缩孔；

（6）可使用时间短，且超过可使用时间水性漆就不可以再用；

（7）温度低于0 ℃时，水会结冰，且不可逆，水性漆只能报废；

（8）水性漆对抗强机械作用力的分散稳定性差，调配油漆搅拌时需注意；

（9）水性环氧底漆烘烤时间较长；

（10）车辆维护时，修补区域油漆接口不好处理；

（11）施工后废水的处理困难。

4 水性漆免中涂工艺的优势

4.1 节能减排，降低运行成本

节能环保是世界发展的主题。世界各国车辆制造企业投入大量资金进行研究，不断改善工艺设备，提升工艺水平。这些企业对车辆涂装过程的耗能和污染更加重视，并且都在组织各方面资源，不断研发，在涂装工艺方面已取得很大进展。通过优化和简化涂装工艺，达到节能减排和降低运行成本的目的。免中涂工艺的实施及推广是逐渐实现车辆涂装节能减排的重要措施之一。

4.2 免中涂工艺经济性及VOC排放性能

免中涂工艺的实施，设备成本降低约15%，人工成本降低约10%，能源成本降低约8%，生产效率提高约30%，总成本比较约降低15%；VOC减排约30%。

4.3 免中涂工艺的应用情况

免中涂工艺在英国牛津宝马工厂有应用实例。目前国内的奇瑞汽车、上海通用五菱汽车和烟台工厂均进行了评估。在车辆涂装中采用免中涂涂装工艺，经济性、环保和节能效果明显。该工艺除具有保证面漆漆膜的特性外，还完全符合涂膜质量要求，是实现车辆涂装节能减排的重要措施之一，在涂装生产工艺中值得推广与应用。

5 水性漆最新设备要求

（1）风速。所有喷漆室都有送排风系统，一般是顶部送风，底部抽风。这样不但净化了喷漆室的环境，也保证了涂装产品质量，同时也避免了操作者吸入更多的漆雾而危害健康。一般来说喷漆室内的风速在0.4~0.5 m/s比较好。

（2）照度。在涂装车间，对照度要求最高的工位就是喷漆工位和检查工位。对于喷漆车间，喷漆室的照度要求为800 lx。

（3）洁净度。喷漆工序和烘干工序对于洁净度的要求非常高。粒径大于5μm的粉尘混入漆膜，都会造成肉眼可视的缺陷。

（4）自动化。喷涂机器人对于涂装的连续化生产有着至关重要的作用，同时也对劳动者的劳动环境和劳动强度有着明显的改善。工人不用每天承受高污染的空气进行作业，大大降低了工人患上职业病的几率。

（5）循环风系统。新风量降低约47%，可以增效，降低成本。

（6）烘干后强冷。可以提高生产效率，保证生产节拍。

6 水性漆涂装的清洁生产

6.1 涂装清洁生产的内涵

在工艺、产品、服务中持续的应用整合、预防环境策略，增加生态效益和减少对于人类、环境的危害及风险，是一种创新思想。该思想是将整体预防的环境战略持续用于生产过程、产品和服务中心，以提高生态效率，并减少对人类及环境的风险。对生产过程而言，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减少、降低所有废弃物的数量和毒性；对产品而言，要求减少从原材料获取到产品最终的生命周期的不利影响；对服务而言，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务之中。

6.2 清洁生产谋求达到的目的

通过资源的综合利用、短缺资源的代用、二次能源的利用，以及节能、降耗、节水，合理利用自然资源，缓解资源耗竭。减少废物和污染物的排放，促进工业产品的生产、消耗过程与环境相融，降低工业活动对人类和环境的风险。