机车清洗剂的选择

田中圣一，木村义典

（JR东日本大宫分公司大宫综合车辆中心，日本，9990011）

机车清洗剂的选择

田中圣一，木村义典

（JR东日本大宫分公司大宫综合车辆中心，日本，9990011）

本文讨论了机车的清洗问题，分析了车体外板和窗玻璃污垢的组成，以及各种清洗剂对车辆材料、密封材料的影响。最后，筛选出了性能最好的车辆清洗剂，并验证了该清洗剂的实际清洗效果。

清洗剂；机车；窗玻璃；污垢；玻璃虹彩

在车辆维护车间，为客户提供舒适车辆的措施之一，就是清洗车辆。通常，清洗车辆只能使用车辆清洗机，如果污垢积累较多的话，用清洗机就无法彻底洗净车辆。因此，需要负责清洗车辆的人员使用清洗剂，通过手工方法清洗车辆。不同行驶路线车辆的污垢积累程度存在差异，因为车体外板和车窗玻璃上的污垢无法彻底去除，因而需要开发各种性能更佳的清洗剂。

日本大宫综合车辆中心按用途将清洗剂分为车体车端清洗剂、车体侧面清洗剂、玻璃清洗剂、空调装置清洗剂等，各清洗剂如果附着在非清洗剂用途的部分，就会导致该附着部分出现斑点和变色现象。因此，清洗负责人在清洗操作的同时要多加注意，不要使清洗剂附着在不必要的地方。

清洗剂的选定，大多是根据清洗部位的污垢去除能力和购买价格判断是否可用，至于对车辆使用的其它部件的影响，并未经充分的研究。用户对清洗剂的要求如下：（1）“与《安卫法》和《PRTR法》等相关法令不抵触”；（2）“短时间内去除污垢”；（3）“不易产生洗净斑点”；（4）“不会对车体、橡胶制品和密封材料产生影响”；（5）“车辆外板和车窗玻璃可采用同样的清洗剂洗净”（6）“清洗排水对环境无影响”；（7）“价格低廉”。

由于车辆是由金属、玻璃、橡胶和密封剂等各种材料构成的复合体，JR东日本大宫分公司大宫综合车辆中心对车体的污垢成分实施了调查，旨在选定满足上述条件的清洗剂。

1.车体污垢的现状

图1是车体外板污垢的一个实例。经过消光加工整理的部分，是JR商标在新车时的颜色；经带式磨光机加工的部分，是车体带部分的颜色在新车时的颜色。该车辆已使用27年，蓄积的污垢即便用清洗机和手洗也不能去除，车体还产生了如图2的锈迹（红色铁锈）。

图1 车体外板污垢实例

图2 铁锈

图3 是车窗玻璃上附着的鱼鳞状痕迹。这种鱼鳞状痕迹非常顽固，损害了玻璃的透明度。虽然，本车辆可用清洗剂和手洗方法清洗，但要完全除去污垢相当费时。

图3 车窗玻璃上的鱼鳞状痕迹

2. 车体外板和窗玻璃上附着的污垢成分

本研究用刮刀采取大宫综合车辆中心内放置的205系列训练车（原京叶车辆中心所属）和长野综合车辆中心报废车辆解体的211系列（原田町车辆中心所属）的外板和窗玻璃表面的污垢，用长野综合车辆中心材料技术中心的荧光X射线（SEM-EDX：扫描电镜能谱仪），进行污垢成分分析。

表1、表2分别是205系列和211系列车辆污垢成分的分析结果（仅披露前几位的污垢成分）。从表1、表2看到：205系列、211系列车辆的铁、硅、钙三种成分，就占污垢成分 的70%左右。铁检出最多的理由，可能是车轮与轨道接触产生的铁粉所致，其他成分则是地下水或海水等含有的成分。由于车辆清洗使用的是地下水，推测水质所含成分存在着差别。另外，这两种车辆在各自的行车路线上，由机动车排出的亚硫酸气体（硫磺成分）或海水中的海盐粒子混合在风或雨中，也会附着、残留在车体表面。

表1 205系列车辆污垢成分的分析结果

表2 211系列车辆污垢成分的分析结果

从本分析结果来看，清洗剂要具备去除铁和铝的能力、去除与玻璃成分相同的硅元素的能力和去除钙、硫的能力。

3. 车体外板、窗玻璃材料特性

在选择清洗剂时，必须了解附着污垢的车体外板和窗玻璃材料的特性。以下是对车体外板和窗玻璃材料特性的讨论。

（1）外板

电车外板使用的不锈钢材料是奥氏体不锈钢中的SUS304，是以铁为主成分，镍约占8%、铬约占18%的合金。不锈钢含有的铬与大气中的氧结合，在车体表面形成坚固的皮膜（氧化膜），具有防止外板材料产生腐蚀的特点。即使该皮膜被破坏，如果周围有氧存在，就会再次形成坚固的皮膜。但是，如果不锈钢表面的污垢不能完全去除干净的话，不锈钢就不能与大气中的氧结合成坚固皮膜，一旦铁粉附着在车体外板上，铁与氧结合最终就会生成铁锈。因为铁锈中大多含有氯离子、硫酸根离子、亚硫酸根离子等“促进腐蚀的因素”，如果不尽早地去除，铁锈就会逐渐扩大，损伤到不锈钢表面。

（2）窗玻璃

玻璃是以硅酸为主成分的无机金属氧化物的熔融固化体，材质硬且不易变质。但是，窗玻璃和仓库玻璃这种实用玻璃易受风化作用的影响，导致玻璃表面发生变质（玻璃虹彩）。“玻璃虹彩”是指大气中的水分附着在玻璃表面，导致碱性成分从玻璃中溶出，与空气中的碳酸气体和亚硫酸气体等酸性气体发生化学反应，使玻璃表面成为变质的状态。

玻璃变质的机理，是玻璃中的钠离子扩散至玻璃表面浮出，一旦吸附大气中的水分，钠离子就会形成较大的钠水合物，无法回到玻璃中，而氢离子则进入玻璃内部（离子交换），以达到电荷平衡。然后，钠水合物与大气中的碳酸气体反应生成碳酸盐，在玻璃表面形成碳酸盐核。生成的碳酸盐具有潮解性，能够凝集大气中的水分而变大，并且被大气中的碳酸气体中和，成长为结晶化、粒子化的“玻璃虹彩”。“玻璃虹彩”是玻璃表面变质产生的现象，因此，要去除这种现象就只能研磨掉变质层。

此外，玻璃污垢的鱼鳞状痕迹，是玻璃表面附着的水分（海水或地下水等）蒸发后的残留物，主要成分是硅元素。对于玻璃上蓄积的硅元素，只有用氢氟酸那样的酸性溶剂才能溶解去除。玻璃上的鱼鳞状痕迹，其形成时间要短于“玻璃虹彩”。

4. 清洗剂选择及试样的制作

4.1 清洗剂的选择

根据本文2中的污垢成分分析结果，本研究从能够溶解铁和钙等成分的盐酸类商品和通过螯合作用使污垢浮起的商品中选择清洗剂。具有螯合作用的商品是主成分为柠檬酸或乙二胺四乙酸的制品。此外，为了去除硅元素，所有商品中均含有氢氟酸，但氢氟酸的含有量有所不同。据此选定的清洗剂如下所示：

商品A：德国制造（盐酸、氟化铵系）

商品B：日本制造（盐酸、氟化钠系）

商品C：日本制造（乙二胺四乙酸系）

商品D：美国制造（柠檬酸、磷酸系）

商品E：日本制造（柠檬酸、磷酸系）

商品F：日本制造（柠檬酸、醋酸、草酸系）

商品G：日本制造（柠檬酸、羧酸系）

4.2 试样制作

试样用205系列和211系列废弃的侧拉门（不锈钢板经过消光整理加工，以下称SUS板）制成。由于车辆用窗玻璃即使用切削工具也无法整齐切断，因此，本研究以普通家庭窗玻璃制成厚度为5mm的试样。

按图4那样，把SUS板分成几个区域，用清洗剂原液或厂家指定的稀释倍数和其他稀释倍数确认洗净效果。另外，为了检出本文2中污垢成分分析中的氯和钠，本研究在洗净后的SUS板上涂敷海水，然后洗净海水并观察SUS板表面的变化。另取一块试样贴付车辆使用的密封材料等材料，确认清洗剂对车辆材料的影响。为了确认用清洗剂能否去除车辆外板上附着的人皮脂成分，本研究在SUS板上涂敷了接近人皮脂成分的马油。

图4 试验钢板

5. 试样的洗净试验

本研究除了用清洗剂原液，还用厂商制定的清洗剂稀释倍数和其他的清洗剂稀释倍数进行试验。表3是各清洗剂的pH值，意大利HANNA 制造的微电脑笔式酸度pH测定仪HI98106，用于各清洗剂的pH值测定。

表3 清洁剂原液及稀释时的pH值

洗净方法：用三聚氰胺发泡海绵在一个地方擦拭洗净5s，然后用水冲洗5s。只有商品E（膏状）要求用刷子涂敷清洗剂，按照说明书涂敷清洗剂E的试样要放置10～30min，然后用水冲洗5s。图5是洗净结果。

图5 洗净结果

SUS板的洗净结果，通过目视试样的方法确认。从清洗剂原液到各稀释倍数清洗剂的干净顺序为：商品A、G、C、D、B、F、E。洗净试验结束后，在室内保存试样，观察洗净表面的变化情况。SUS板上虽然没有出现变化，但在贴有车辆材料的试样上，使用商品A、B的铁板在7日后开始生锈；使用商品E的铁板在17日后开始生锈。因为SUS板表面在清洗17日后仍没有发生变化，因此，本研究决定用扫描电子显微镜对试验的SUS板进行观察、

图6是经过消光整理加工后的SUS板新品与试验用未洗净品的比较结果。图7是洗净结果突出的两个钢板写真，使用的清洗剂分别是商品A（稀释4倍）与商品G（稀释3倍）。

图6 SUS板新品与未洗净品表面对比

图7 洗净前后SUS304外板表面对比（商品A与G）

本研究确认：在未洗净产品的图中，试样表面散布着白色附着物。这是从扫描电子显微镜（SEM）照射的电子无法通过SUS板而发出的光，这说明试样上有不纯物存在。

图7中的SUS304外板被洗净后，使用商品A的试样上几乎没有发现白色附着物，而使用商品G的试样，清洗区域可见到白色发光的部分。这可能是溶解污垢的清洗剂，与通过螯合作用使清洗剂污垢成分形成离子结合，从而使污垢浮起的清洗剂的机能不同所致。在同样的清洗时间内，利用柠檬酸螯合作用的清洗剂比用盐酸类清洗剂去除污垢的时间要长。另外，本试验还观察到：在洗净的SUS板表面涂敷海水，虽然用水冲洗过， SUS板表面仍然残留了海水中的不纯物。

此外，对车辆密封材料和张贴物、玻璃等材料，本试验中使用的所有商品都没有表现出攻击性，也未发现出现劣化的倾向。另外，在用马油实施的试验中，所有商品都对马油有洗净效果，这可能是清洗剂中含有的表面活性剂的效果。

6. 清洗剂残留在金属表面的影响

在车体外板涂敷清洗剂后，假设忘记了用水冲洗，本研究考察了清洗剂残留对金属表面的影响。试样除了SUS304（不锈钢）外，还有A6N01（铝材质）、SS（铁）。A6N01是铝车体采用的金属材料。

在本文第5项的研究成果基础上，本研究还对试样铁锈最多的商品A和试样没有铁锈的商品C、D、F和G进行了测定。

对于SS材料试样，在试样上段涂敷清洗剂，下段用清洗剂洗净后再用水冲洗。此外，对于SUS304和A6N01，涂敷本文第5项试验所用的清洗剂。

图8是试验进行2个月后的结果。图中的字母是商品名，横排数字是清洗剂的稀释倍数。表4是试验结果。

图8 残留清洗剂对金属表面的影响

SS材料的洗净部分（下段），与图5的结果同样，使用商品A洗净的试样，数日后出现腐蚀，其它的商品则没有出现腐蚀现象。另外，涂敷清洗剂后未用水冲洗的上段，除了商品D以外，其他的商品均出现腐蚀现象。商品D的SDS（Safety Data Sheet：安全数据表）虽未记载防腐蚀剂成分，但是推测商品D使用了防腐蚀剂。

在本试验中，确认SUS304没有发生腐蚀变色现象。在A6N01上，仅在使用商品A后试样上有残留粒子，手感粗糙，可能是发生了某种化学变化。使用商品C、D、F和G后，即使洗净后不用水冲洗，对金属的不良影响也相当低。

表4 试验结果（○无异常 ×异常）

7. 实际车辆的清洗试验

在第5项中，实施玻璃清洗试验的清洗剂没有产生白化现象。鱼鳞状痕迹由于没有试样可供试验，也无法确认其去除效果。为此，本研究使用大宫综合车辆中心205系列训练车和长野综合车辆中心的报废解体211系列车辆的窗玻璃实施清洗试验。试验结果见表5。

表5 窗玻璃洗净试验的结果（◎效果大 ○效果小 ×无效果）

从商品A至商品G，确认去除鱼鳞状痕迹清洗时间最短的是商品A和商品G。商品B、C、F能使玻璃上的鱼鳞状痕迹变淡，但未清洗干净。

此外，商品D完全不能去除鱼鳞状痕迹，商品E则出现玻璃白化现象。此外，对于玻璃层变质的“玻璃虹彩”，无论用哪种清洗剂都无法去除。

图9是商品G稀释8倍后的清洗结果，不仅能够去除鱼鳞状痕迹，背景色的对比也非常清楚。用同样的清洗剂，在短时间内也能去除SUS304经消光整理加工部分的污垢（图10）。

图9 车窗玻璃上鱼鳞状痕迹的去除试验

图10 SUS304外板洗净前后对比

8. 对密封材料影响的再验证

在本文的第5项中，由于不能确认清洗剂对试验使用的3种密封材料（参照图4的例子）的影响，本试验将密封材料浸泡在清洗剂中，再次检测是否会产生影响。试验使用的密封材料，除了第5项中的3种密封材料外，还使用了车辆制造厂商使用的POS密封条（变性硅密封材料）和Sikaflex 265（聚氨酯密封材料）。在外板清洗结果的基础上，本研究还试验了清洗剂C、D、F、G和对铁影响最大的商品A的影响。

试验把干燥后的密封材料切成5mm的四方形块，投入盛放清洗剂的玻璃管中。图11是试验的状况，图12、表6是试验结果。

图11 清洗剂对密封材料影响的试验

虚线框内的密封材料，从1周左右开始出现膨胀。1个月后，实线框内的密封材料也开始出现膨胀或形状变形。本试验开始后，对玻璃容器内的密封材料进行了为期2个月的观察，在确认膨胀或变化停滞后，将密封材料从玻璃容器内取出观察。

表6 清洗剂对密封材料影响的试验结果（○无影响 △有软化·硬化现象 ×有影响）

图12 清洗剂对密封材料影响的试验结果

图13 密封材料的变化（截面写真）

从表6推断，以盐酸为主成分的清洗剂商品A，可能会使密封材料软化或膨胀。此外，商品F是以柠檬酸为主成分的清洗剂，与商品C、D、G添加的化学成分不同，可能是受到了所添加化学成分的影响。

商品C、D、G对变性硅胶密封材料有影响，密封材料表面软化或者开裂。图13是试验使用的密封材料在室内放置3日，经干燥后切断时的图。从密封材料的断面来看，其周围约有0.5mm的部分发生了变质。

本试验结果是在清洗剂中浸泡2个月的结果，但是，车体清洗后经过水冲洗后，残留的清洗剂成分相对很少，不至于达到本试验结果的程度。不过，清洗后不用水冲洗，只用湿毛巾蘸水擦拭，也会有清洗剂成分残留在密封材料表面，这样长期使用清洗剂有可能对密封材料产生不良影响。

9. 检测结果

通过本研究，得出如下试验结果。

（1）车体附着污垢的主成分是铁粉，另外还检测出硅、钙、铝、氯和硫等成分。

（2）盐酸系清洗剂去除不锈钢表面污垢的能力强，但容易腐蚀铁。

（3）柠檬酸类清洗剂去除污垢的速度不如盐酸系清洗剂，但去除污垢的能力强，且清洗后用水冲洗，大大降低了腐蚀铁的风险。

（4）车体窗玻璃上鱼鳞状痕迹的成分是硅，它的去除只能使用含有氢氟酸的清洗剂。

（5）在短时间内，相比柠檬酸和乙二胺四乙酸系清洗剂而言，车辆用密封材料更易受到盐酸系清洗剂的影响。

（6）清洗剂对车辆材料的影响，必须经过实际检测才能搞清楚。

（7）在使用商品G的场合，还要根据污垢状态选择相应的清洗剂稀释倍数。

①车体外板污垢：商品G经水稀释（3～9倍），用海绵洗净后，再用水冲洗。

②窗玻璃鱼鳞状痕迹：商品G经水稀释（9～15倍），用海绵洗净后，再用水冲洗。

③窗玻璃模糊：商品G用水稀释（9～15倍），用海绵洗净。之后，如果还感觉玻璃模糊，就在该部位涂敷水；如果玻璃是透明的，就涂上玻璃涂层。如果玻璃是不透明的（玻璃虹彩），则用研磨膏研磨去除变质层，然后涂上玻璃涂层，以保护玻璃表面。

表7 试验结果汇总

10. 综合评价

表7是试验结果汇总。 从污垢去除能力、平均1L原液的购买价格、使用时的稀释倍数角度考虑，商品G的性价比最佳，是满足本文开头记载条件的清洗剂。

11. 今后的展望

图1 4是运营列车车体清洗后的效果。本研究用小山车辆中心所属的205系列、E231系列、E233系列和宇都宫运营所所属的キハ40（内燃动力车组）系列的涂装车检测车体的清洗效果。检测结果证实：该清洗剂能够将污垢去除干净。今后，将在各车辆中心开展清洗剂G的推广。

图14 运营列车车体清洁后的效果

本文译自2016.6《R&m》

Selection of Cleaning Agent for Locomotive

Tanaka Seiichi, Kimura Yoshinori et al.
(Omiya Branch Locomotive Center, JR East Japan Railway Compary, Japan, 9990011）

This paper discussed the cleaning problem of locomotive, analyzed the composition of body panels and window glass fouling, and the influence of different cleaning agents on vehicle materials and sealing materials.Finally,the best vehicle cleaning agent was screened out and the actual cleaning effect of the cleaning agent was verified.

leaning agent; locomotive;window glass; fouling;glass luster

TQ649

C

1672-2701（2017）11-36-09