新型低VOC涂料在轨道机车上的应用探讨

2021-04-03李春霖潘淼李丽

中国设备工程 2021年24期

李春霖，潘淼，李丽

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111）

伴随社会经济的持续、稳健化发展，为城市轨道交通技术的完善与优化起到重要的带动作用，在此驱动下，许多城市开始结合自身实况，大力开发、应用符合自身需要的轨道交通系统，在此驱动与影响下，轨道交通凭借其优异的使用性能，逐渐成为人们出行之首选。但需特别说明的是，无论是轨道机车，还是与之相配套的站点，在选择涂装上，大多仍将传统的溶剂型涂料作为首选，需强调的是，此种涂料具有不足之处，如其长时间暴露于空气当中，会产生许多对人体有害且对环境有污染的物质，最常见的便是有机挥发物（VOC），此物质不仅会使大气污染情况加重，而且还会产生严重的加重温室，出现雾霾天气，且其范围正在持续扩大。为了能够对涂料VOC排放进行有效控制，许多国家均制定了许多应对方案，并且还颁布了一些法律法规。如美国明确规定：工业涂料在具体的VOC排放上，不能超过1.8～3.5Ib/gal。我国在“关于对涂料征收消费税的通知”当中，同样给出了明确规定：若所用涂料的VOC值超出420g/L，那么便需缴纳涂料消费税（税率为4%），此举势必会使溶剂型涂料淘汰速度加快。本文给出了一种新型的机车涂料（瓷膜涂料），其属于水性体系范畴，有着非常低的VOC排放量，并且还有其他优点，比如安全环保等，所以在整个轨道交通体系当中，未来应用前景广阔。本文就其基本特点以及具体的涂装工艺作一深层剖析。

1 瓷膜涂料合成原理分析

针对瓷膜涂料来讲，从基础层面来分析，即为围绕工业硅溶胶，借助有机硅氧烷对其实施相应改性（所用方法是溶胶-凝胶法），最终从中得到一种新型且性能更优的无机纳米材料；需要指出的是，其有着特殊的合成原理，也就是基于合适酸性条件作用下，以硅氧烷为对象，进行水解处理，生成大量的硅醇化合物（化学活性突出）；然后，将其以一种合理、妥当方式，混合于一些物质当中（硅溶胶等），使其彼此间充分发生反应，生成具有特殊结构的凝胶（三维空间网络结构）；最后，进行高温干燥、固化等一系列处理，生成新材料。需要强调的是，对于此种材料而言，其主要成分为氧化硅，而在具体结构上，相似于岩石、沙土等。

2 瓷膜涂料的基本特点

当前，针对轨道机车涂装来讲，多数选用的是溶剂型涂料，需要指出的是，此种材料会向空气中排放大量的有毒、挥发性物质，并且当涂料被完全使用后，其自身较难实现被降解，所以长此以往，便会对环境造成不同程度的污染。对于宜瓷龙瓷膜涂料来进行深入探讨，其作为一种新型且实用性更加突出的水性无机涂料，在现实应用当中，其在多方面上均不同于传统涂料，比如涂料成分、成膜方式等。因此，其性质、特点也不同于传统涂料。

（1）不燃无烟。需要指出的是，针对瓷膜涂层来考量，其在具体物质上，主要是无机氧化硅等，由于其不含可燃成分，因此，当遇到火灾时，也不会引发燃烧，与此同时，也不会出现释放有毒气体的情况。（2）水性环保。水是涂料的溶液，因而有着非常低的VOC排放，与此同时，涂层当中不含有毒元素、重金属，没有降解污染，并且还分别通过各种认证，如FDA、EEC、RoHS等，安全且环保，与现代人们的环保、生活理念相符。（3）高硬度超耐磨。在具体的涂层结构上，与岩石比较类似，而且还有着较高的硬度，通常可以达到8～9H，所以在耐划伤性能上比较优异，即便是硬币、钥匙等硬物，也较难破坏漆膜表面，所以，可以对行李与涂层的磕碰进行有效阻止，能够达到防治涂层破坏等情况发生。（4）耐候性佳。在涂层当中，针对-O-Si-O-键而言，其能量较高，诸如紫外线等都难以对其结构造成破坏，所以，其耐候性比较突出；即便处于恶劣的环境中使用，也能发挥出其应有的效果，维护费用少。（5）美观时尚。与传统的搪瓷涂料相比较，瓷膜涂料在具体的成膜温度上，通常会比较低，因此，适用于此体系的颜料比较多，不仅光泽柔和，而且颜色多样、色彩靓丽，与人们的审美观念、设计风格相符。

3 瓷膜涂料的基本涂装工艺

对于既往应用于轨道机车涂装的相关工艺来分析，其在具体参照上，大多是Siemens公司所设计的涂装工艺，也就是当相对湿度＜70%，温度在15～35℃之间的施工条件下，基于三涂层体系来进行有规律性、目的性的装涂，工艺流程：机车前的相关处理、进行有规律的双组分环氧底漆打底、实施刮涂（不饱和聚酯腻子）、喷涂（双组分聚氨酯2道漆、双组分聚氨酯面漆）。需要强调的是，在实际涂装过程当中，通常会有＞50%的挥发物排入大气，从而对空气造成严重污染。而针对宜瓷龙瓷膜涂料来讲，其溶剂是比较常见的水，且还含有醇类物质（无危害，且在涂料发生溶胶-凝胶反应中产生），因而更健康环保，经《挥发性有机化合物测试》（SGS所制定）测试得知，没有发现有害物质，因而与国家环保政策相符，并且还与人们所秉持的低碳健康生活理念相符；另外，还需要指出的是，其装涂工艺比较简单环保，而且有较少的耗时。

（1）涂料准备。针对宜瓷龙瓷膜涂料来讲，其是一种比较新型的三组分涂料，使用之前，需实施有目的性、规范性的混合熟化，以此使涂装效果变得更好。一般来分析，如果处于20～25℃这一特定温度环境中，依据特定顺序，三个组分之间进行充分混合，最后经特定时间的滚动熟化（4～6h）便可；需要指出的是，在实施熟化处理后，应在特定时间内将其用完（48h内）。

（2）机车前处理。针对瓷膜涂料来分析，可将其用于诸如不锈钢板、铝合金等基材当中，尤其铝合金，涂装效果最理想。多借助棕刚玉砂（60：80目）或白刚玉砂，依据特定1:1比例来进行喷砂操作，以此使工件表面在具体的粗糙度上，始终处于2.5～4.0μm范围内；最后对其表面进行清理，如去油污等。

（3）腻子。通过刮腻子这一操作，不仅可以使机车的外观装饰性得到增强，而且还能提高其整体的平整度，但其也有不足之处，如会直接影响到涂层的附着力造成影响，此外，还会影响到防腐性能，因此，基于车体不平整处，对其局部进行刮涂腻子操作，一般情况下，可用水性聚酯腻子进行5道涂刮工艺，当平整基材之后，便可采用瓷膜涂料实施喷涂。

（4）涂料喷涂。瓷膜涂料有着比较小的粘度，因此，建议用静电喷涂法或压缩空气喷涂法来施工；为了能够使涂料获得理想的表面状态，在喷涂开始前，需要先对车体实施预热，使其温度在50～60℃之间，然后再喷涂。喷涂1道，控制漆膜厚度，通常应处于35～55μm范围内，使漆膜能够覆盖车体的整个表面，以此获得理想装饰与保护效果。

（5）固化。喷涂好之后，先把车体放在特定环境中烘干（90℃），时间控制在10min，这样能够使涂层的表面处于干燥状态，之后把车体放于高温中（160℃），固化20min，彻底硬化涂层，这样才能获得更好的性能。

4 瓷膜涂料现实应用

早在2010年，韩国便率先将陶瓷涂料应用在轨道机车上，并且分别对各地的旧机车进行有目的性的喷涂陶瓷涂料，且在涂装新车厢过程当中，都需要用到陶瓷涂料。不仅有韩国，加拿大的RVA、土耳其动车等也大量使用了陶瓷涂料。而到了2016年，我国也开始广泛使用无机陶瓷涂料，现阶段，此种涂料已经在上海地铁、深圳地铁得到广泛化应用，表现出诸多优点，如瓷膜涂料细腻光滑并且颜色素雅，能够满足中高档装饰效果；并且在进行为其一年的运行后，没有出现破损情况，清洗费用得到大幅减少，因而表现出良好的应用效能。