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新造鐵路客車外表面采用的涂裝系一般為:表面處理加預(yù)涂底漆,底漆1～2道,膩子3～5道,中間涂層1道,面漆2～4道(分色)。從20世紀(jì)90年代初以來,主要使用單組分涂料構(gòu)成的涂裝系,其中底漆主要為環(huán)氧酯類,加上環(huán)氧酯膩子,面漆多為丙烯酸改性醇酸磁漆,通常不使用中涂層。從實際使用情況看,這種涂裝系由于面漆漆膜硬度較低,耐老化性能不好,相當(dāng)一部分車輛在運用一年半的時間內(nèi)已開始出現(xiàn)粉化、褪色及起泡、脫落等現(xiàn)象。有鑒于此,從2001年底鐵道部有關(guān)部門決定采用更高檔次的涂料,并從2002年下半年開始,在新造鐵路客車上開始采用。
1 涂料的選擇
目前鐵道客車的運用情況是:根據(jù)運用時間或走行公里數(shù)安排段修(輔修),通常每(1.5～2)年進(jìn)行一次,主要是對走行部(轉(zhuǎn)向架)進(jìn)行維護(hù);每3次段修后(即每7～8年)進(jìn)行廠修(大修),對客車進(jìn)行全面維護(hù)。按當(dāng)前涂料的使用狀況,醇酸類面漆(包括醇酸和丙烯酸改性醇酸面漆)在經(jīng)過1年左右的運行之后,會出現(xiàn)明顯的粉化和褪色現(xiàn)象,因此在每次段修時為了美觀,均整車重涂面漆。
理論上說,丙烯酸改性醇酸面漆的性能應(yīng)優(yōu)于普通醇酸面漆,但在運用過程中發(fā)現(xiàn)其老化性能并沒有明顯改善。在實驗室內(nèi)進(jìn)行的紫外熒光燈(QUV)加速老化試驗結(jié)果也已證明了這一點:在200h試驗后,有些樣品的失光和粉化情況甚至不如普通醇酸漆。
聚氨酯面漆、特別是脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆的性能明顯優(yōu)于醇酸類,目前國內(nèi)外橋梁、建筑等要求較長壽命的結(jié)構(gòu)很多均使用這類樹脂面漆。部分實際使用聚氨酯面漆的鐵路客車在運用4年后,雖在第一次段修時未經(jīng)重涂面漆,其表面狀況仍然不錯,只有極輕微的粉化和褪色現(xiàn)象。
根據(jù)鐵道行業(yè)的特點,面漆的保光、保色和抗粉化性能是影響車輛外觀的主要因素,從漆膜的常規(guī)性能上看,聚氨酯面漆的硬度、抗劃傷性和質(zhì)感均比較好,因此確定采用雙組分聚氨酯類面漆全面替代醇酸類面漆。作為配套,底漆選用雙組分環(huán)氧或環(huán)氧聚氨酯類涂料,配合不飽和聚酯膩子(原子灰)和雙組分環(huán)氧或聚氨酯中涂層,構(gòu)成鐵路客車雙組分涂裝系。
為了篩選出好的涂料產(chǎn)品,2002年初開始對部分廠家提供的樣品進(jìn)行比對試驗。根據(jù)比對試驗結(jié)果,鐵路客車生產(chǎn)廠在2002年下半年已開始全面使用雙組分涂料。
作為試驗,鐵道部在2002年還對大連振邦氟涂料股份有限公司生產(chǎn)的氟碳漆進(jìn)行了整車試涂。
2 試驗結(jié)果
比對試驗的樣品均由涂料廠提供,底漆為雙組分環(huán)氧或聚氨酯防銹漆,面漆均為脂肪族聚氨酯,并按統(tǒng)一色標(biāo)(白色:RAL9003;紅色:
RAL3020)提供涂膜樣板。考慮到底漆的耐腐蝕性和面漆的耐老化性是其中的關(guān)鍵項點,也是采用此類涂裝系的主要目的,因此對底漆樣板僅進(jìn)行耐中性鹽霧試驗,面漆樣板進(jìn)行耐人工氣候加速試驗。按照鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2260-2001《鐵路機(jī)車車輛防銹底漆》和TB/T2393-2001《鐵路機(jī)車車輛面漆》的要求,底漆樣板(100mm×150mm,干膜厚70μm,劃痕)應(yīng)通過500h鹽霧,面漆應(yīng)達(dá)到QUV老化試驗1000h的指標(biāo)要求。表1和表2分別為部分廠家的底漆和面漆樣板的測試結(jié)果。
3 結(jié)果討論
3.1 底漆
一般認(rèn)為,雙組分防銹底漆的性能相對單組分漆來說性能明顯占優(yōu),但從表1中的試驗結(jié)果看耐鹽霧性能并不是都很好,合格的不到一半,此狀況接近于原大量使用的單組分環(huán)氧酯防銹漆。從試驗結(jié)果看,500h試驗后多數(shù)不合格的樣板存在起泡現(xiàn)象,而銹蝕擴(kuò)展情況并不嚴(yán)重。筆者認(rèn)為原因有以下方面:(1)對標(biāo)準(zhǔn)不了解。部分廠家的產(chǎn)品并未按鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)真進(jìn)行過試驗,雖然曾做過500h甚至更長時間的鹽霧試驗,但并不是劃痕板;
(2)樣板的劃痕銹蝕擴(kuò)展并不嚴(yán)重,說明其組分中緩蝕性顏料起了作用,起泡可能主要還是因為樹脂的耐水性不好,或者是胺值與環(huán)氧值的比例不對即交聯(lián)不完全,從而導(dǎo)致起泡;(3)聚氨酯樹脂作防銹漆性能并不好。據(jù)廠家介紹,不合格產(chǎn)品中部分產(chǎn)品采用了聚氨酯樹脂作為成膜物質(zhì),在鹽霧試驗的連續(xù)高濕環(huán)境下性能并不理想,這可能是其產(chǎn)品不合格的主要原因之一。
注:1.根據(jù)GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評級方法》的規(guī)定,按“裝飾性漆膜綜合老化性能等級的評定”進(jìn)行評價,評級分為0～5共6個等級:0級最好,5級最差;
2.試驗條件:光源為UV-B(313nm)燈管。每一循環(huán)試驗條件為:UV光照,60℃,4h;冷凝,50℃,4h;
3.TB/T2393-2001要求指標(biāo)(Ⅱ類面漆):≤2級(失光3級,變色2級,粉化1級,泛金2級,斑點2級,沾污2級,裂紋3(S1)或2(S2)級,起泡2(S2)或1(S3)級,長霉2(S2)級,脫落0級,生銹1(S1)級。
3.2 面漆
面漆的試驗結(jié)果比想象的要差,僅有1/3產(chǎn)品合格(≤2級)。根據(jù)試驗結(jié)果,多數(shù)產(chǎn)品的粉化程度并不嚴(yán)重,失光和變色是主要問題,但據(jù)了解多數(shù)廠家提供的是丙烯酸聚氨酯面漆,HDI多采用BAYER公司的3390或N75,顏料也多為進(jìn)口產(chǎn)品,理論上紅色顏料不如白色顏料,但出現(xiàn)如此眾多不合格樣品的原因又是什么呢?(1)按國家或化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),耐老化性能要求為廣州地區(qū)老化一年,此項指標(biāo)可操作性太差;而2001年頒布執(zhí)行的TB/T2393鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有些涂料生產(chǎn)廠家并不了解。(2)耐老化性能屬型式檢驗項目,用戶很少要求提供型式檢驗報告,加上設(shè)備能力問題,涂料廠實際上對涂料的耐老化這一內(nèi)在性能并不了解,測試很少或根本沒有,當(dāng)然也可說是重視程度不足。(3)涂料測試的國家標(biāo)準(zhǔn)中有多種,如GB/T1865-1997《漆膜老化(人工加速)測定法》,GB/T11189.1-1989《非金屬材料曝露試驗用的有水和無水光曝露設(shè)備(氙弧型)及實施方法》,GB/T11189.2-1989《非金屬材料曝露試驗用的有水和無水光曝露設(shè)備(碳弧型)及實施方法》,GB/T11190-1989《色漆、清漆、噴漆及有關(guān)產(chǎn)品的水-光曝露設(shè)備(碳弧型)及實施方法》,GB/T16259-1996《彩色建筑涂料人工氣候加速顏色老化試驗方法》,以及GB/T14522-1993《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候加速試驗方法》等。根據(jù)光源的種類,可以將上述老化試驗方法分為3種類型,即氙燈型、碳弧型和紫外熒光燈型,三種光源的光譜曲線不同,能量分布不一樣,各種方法的測試結(jié)果不具可比性。
原鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T2393-93中規(guī)定的老化性能試驗同化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一樣,為廣州地區(qū)曝曬一年,實際上無法實施,這就容易造成涂料常規(guī)性能檢驗合格,而實際上涂膜耐久性太差的情況出現(xiàn)。2000年在TB/T2393修訂中,改為耐人工氣候加速試驗,采用QUV(UVB)老化試驗方法,并將面漆產(chǎn)品分為兩類,Ⅰ類(以醇酸漆為代表)要求老化時間為200h,Ⅱ類(聚氨酯漆為代表)為1000h。QUV方法在國際上得到廣泛應(yīng)用,而且試驗時間相對較短,具有一定的可比性。
筆者通過試驗發(fā)現(xiàn),目前市售的部分汽車修補(bǔ)用面漆,如果不罩清漆的話,QUV試驗的保光性能并不太好,但實際使用中反映卻還可以,這可能是緣于汽車表面可以拋光打磨。鐵路客車的運用條件與汽車完全不同,首先是運行路線長,經(jīng)常是一天之內(nèi)從南到北超過1500km,經(jīng)受一年四季陽光、風(fēng)沙、雨雪的侵蝕和高、低溫的交替作用,再加上車體結(jié)構(gòu)大,不可能像汽車那樣進(jìn)行表面清潔和維護(hù)。相對來說運用條件十分惡劣,因此鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中耐老化性能指標(biāo)高于其他行業(yè)就不足為奇了。
從另一方面說,產(chǎn)品質(zhì)量涉及涂料配方的合理性、助劑和添加劑的使用以及進(jìn)口原材料的內(nèi)在質(zhì)量等多方面的因素,如果涂料生產(chǎn)廠不進(jìn)行深入研究、不進(jìn)行測試,將無從談起保證質(zhì)量,更不用考慮涂料的施工工藝對涂膜的影響了。
3.3 氟碳面漆
1982年前后,日本旭硝子公司首先研制成功常溫固化含氟涂料,也就是所謂的氟碳漆。這實際上為一種含氟聚氨酯涂料,是由三氟氯乙烯-乙烯基醚(酯)共聚物制成含氟樹脂,在常溫下可與異氰酸酯交聯(lián)固化成膜,其中部分異氰酸酯仍為脂肪族的HDI。目前在國內(nèi)外多數(shù)常溫固化含氟涂料均是以此原理為基礎(chǔ)的。從理論上說,由于部分C-H鍵為鍵能最強(qiáng)的C-F鍵取代,其耐老化性和抗污性均優(yōu)于不含氟的聚氨酯,據(jù)報道室內(nèi)人工加速老化試驗?zāi)苓_(dá)到4000h～6000h。表2中No.10樣板即為氟碳面漆經(jīng)QUV老化1000h后的試驗結(jié)果。
根據(jù)鐵道部運輸局的要求,2002年長春、四方、浦鎮(zhèn)和唐山四個車輛廠先后用氟碳面漆進(jìn)行了試裝車試驗,共計涂裝了13輛25K型客車。此次試驗的目的是利用含氟涂料抗老化性能好、特別是自潔性能優(yōu)異、表面清理工作相對容易的特點,希望能明顯改善車輛外觀狀況,并延長車輛表面涂裝系的使用壽命。試涂工作說明:氟碳涂料的工藝性能可以滿足車輛制造廠的要求。由于涂料的涂裝技術(shù)和質(zhì)量涉及多種因素,整車涂裝的實際效果仍有待進(jìn)一步考查。
氟碳漆在成膜機(jī)理上與聚氨酯漆一樣,因此其性能也應(yīng)與之相近或稍強(qiáng)。考慮到脂肪族聚氨酯面漆的老化性能極為參差不齊,不能指望氟碳面漆在性能上有質(zhì)的飛躍。目前國內(nèi)含氟涂料已成熱點,多家涂料廠上此項目,但據(jù)筆者了解,部分廠根本不具備檢測條件,甚至連老化試驗都沒有認(rèn)真進(jìn)行過,想象一下這樣的廠怎樣保證產(chǎn)品質(zhì)量?如果僅采用質(zhì)量好的聚氨酯面漆就能達(dá)到要求,為何要使用質(zhì)量沒有明顯優(yōu)勢、而價格又要高得多的含氟涂料呢。
