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軌道車輛水性漆涂裝問題及解決辦法
2019年11月29日    閱讀量:35320    新聞來源:涂料工業 - 涂層與防護  |  投稿

近年來伴隨著經濟的發展,城軌車輛的需求也快速增長。據市場部門統計,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保的壓力與日俱增。為此中國中車為應對生態環境保護的嚴峻形勢,打好污染防治攻堅戰,要求城軌車輛生產過程中必須提升涂裝環保性,嚴格控制VOC的排放涂料在線coatingol.com


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、不易開裂脫落,對環境非常友好。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,降低資源消耗和環境污染,解決了危害產業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。本文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,系統分析了水性漆的特點、生產過程中遇到的問題及解決措施。


01 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;如圖1所示。

 

軌道車輛水性漆涂裝問題及解決辦法 中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站

圖1城軌車輛涂裝涂層示意圖


城軌車輛涂裝的工藝流程如圖2所示。

 

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圖2城軌車輛涂裝工藝流程示意圖


1.1.1 水性環氧底漆

水性環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。因此水性環氧底漆需具備優良的附著力、優異的耐化學品、防腐蝕性、良好的打磨性等。水性環氧底漆施工時按質量比5:1(基料:固化劑)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 in。噴涂完成后在室溫下流平0.5 ,再在60 ℃條件下烘烤2 h。漆膜干燥后,控制底漆干膜厚度40~80 μm。


1.1.2 水性聚酯膩子

打磨底漆層后,按質量比100:2(基料:固化劑)配制水性聚酯膩子,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,控制膩子膜厚不超過3 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,然后按質量比6:1(基料:固化劑)配制,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 ℃條件下烘烤2 h。漆膜干燥后,控制涂層膜厚80~3160μm,光澤度(60°)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,然后按質量比5:2(基料:固化劑)配制,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℃條件下烘烤2 h。漆膜干燥后,控制涂層膜厚120~3240 μm,光澤度(20°)≥80%;涂裝完成的城軌車輛外觀如圖3所示。

 

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圖3城軌車輛水性漆外觀


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1。


表1 城軌車輛用水性漆性能要求及檢驗方法

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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,保證環境溫度≥15 ℃。


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,無法采用傳統的靜電噴涂方式,涂裝流水線需配置水性靜電噴涂設備。


02 城軌車輛涂裝使用水性漆的必要性


國家各級環保部門對環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《“兩減六治三提升”專項行動方案》(蘇發[2016]47號)通知,其中明確提出治理揮發性有機物污染,要求2018年1月1日起交通工具制造業全面使用水性、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保法規要求。


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。


03城軌車輛水性漆涂裝問題和解決方法


目前,水性漆在軌道車輛涂裝生產中已使用了一段時間,由于其揮發速率較低、表面張力較大,潤濕性較差,蒸發熱、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,涂層有可能出現漆膜縮孔的現象。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6.3≤Ra≤12.5,基材表面清潔度Sa2.5。


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氰酸酯的反應外,不可避免體系中的水和異氰酸酯也同時發生反應。隨著時間延長,異氰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,涂層則會出現不干、附著力差及耐溶劑性能不好等涂層性能不穩定現象,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。


3.4 水性漆使用環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、“痱子”現象;而且水的蒸發熱比溶劑型油漆大(有機溶劑:350~450 kJ/kg;去離子水:2258 kJ/kg),相同條件下,水的揮發需要更長時間,所以水性漆使用環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,水分揮發較慢,增加了涂層出現流掛、縮孔、“痱子”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境條件,溫度15 ~30 ℃,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速度相比溶劑型涂料揮發慢,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 ℃環境下烘烤2 h。


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。


04結語


終上所述,與傳統的溶劑型漆相比,水性漆具有環保、安全、外觀性能好及職業健康等優點,適合城軌車輛涂裝的發展趨勢;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;滿足綠色發展的需要,為減少VOC排放,保護環境,造福社會貢獻一份力量!


參考文獻(略)


詳細內容請見《涂層與防護》2019年第10期

作者 / 戴惠新,鄭云昊, 張夢樵, 方振衛, 張湘菊, 羅瑞

(中車南京浦鎮車輛有限公司,南京 210031)

標簽:工業涂料輔料與設備今日頭條涂裝應用技術中心汽車漆膩子涂裝
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