水性涂料在軌道車輛涂裝中的應用技術研究

張玉萍，孫明道，唐紅娟，侯芳，王明巖

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

0 引言

水性涂料是指以水為分散介質的涂料，俗稱水性油漆，其涂料構成一般是由水、樹脂、乳化劑、助劑、填料、顏料等構成。機車車輛涂裝作業，需要嚴格控制工業涂料VOC的排放，它不僅對環境保護產生影響，同時，還直接危害人民身心健康；因此，涂裝環境的改善更是企業考慮的重點，涂料涂裝綠色轉型升級已成必然趨勢[1]。

1 概述

軌道車輛涂裝作業方首要目的是防護車體及基材，保證車體及金屬零部件在復雜環境下不會出現生銹和腐蝕；其次是裝飾作用，使軌道車輛整體產生立體美、體現美感。目前國內常用來涂裝作業的是溶劑型油漆，因其價格相對低廉，且考慮到經濟性、施工工藝等因素，被國內大多主機廠采用進行涂裝，但不足的是溶劑型漆存在易燃易爆、污染環境、傷害人身等許多弊端；因此，企業噴涂轉型過程中，尋求使用性能優良的水性丙烯酸聚氨酯漆來替代溶劑型漆已成為涂裝工藝升級的關鍵。

2 水性涂料的技術體系

2.1 使用原則

應遵循以下原則：（1）安全環保性能優越；（2）涂膜性能要高于溶劑型涂料；（3）同等施工條件下，水性涂料涂裝施工性能應優于其它涂料；（4）使用既有噴漆設備實現 VOC達標排放，最大限度減少現有噴漆用設備的改造。

2.2 水性涂料體系

通過對水性漆性能分析及復合涂層技術指標的試驗檢測，確定水性工業涂料基本配套體系如下：（1）水性環氧底漆；（2）原子灰膩子；（3）水性丙烯酸聚氨酯中涂漆；（4）水性丙烯酸聚氨酯面漆；（5）水性環氧底面合一漆；（6）水性丙烯酸聚氨酯清漆；這些工業涂料均為雙組分漆，具體譜系見下圖。

圖1 雙組分漆譜系圖

2.3 水性涂料特性

水性涂料以水作溶劑，不含有機溶劑苯、甲苯、二甲苯等，減少了對施工人員的危害和空氣污染，降低了火災危險性和有機溶劑易燃易爆的概率。

2.4 水性涂料性能

水性涂料漆膜晶瑩透亮、柔韌性好，具有較強的附著力和防腐、耐水、耐磨、耐老化、耐黃變、干燥快、使用方便等特點。

3 水性涂料和溶劑性涂料對比

3.1 組成成分不同

水性涂料主要由水溶性合成樹脂、功能填料、裝飾顏料、水、助劑及固化劑等組成，而溶劑型漆由合成樹脂、顏填料、溶劑（苯類有機溶劑）、甲苯二異氰酸酯（TDI）和助劑組成。二者組成成分不同，其特性也截然不同。

3.2 特性對比

（1）水性涂料安全性能高。水性漆以水為溶劑，具有阻燃、防爆、高安全性等特性，而溶劑型漆是一種易燃、易爆、安全性能低的危險化學品，在儲存、運輸及應用過程中都存在燃燒爆炸等安全隱患[2]。

（2）水性涂料VOC排放更低。VOC是volatile organic compounds的縮寫，是一種對人體有害的揮發性有機化合物的總稱。水性漆中的VOC因含量低而揮發的VOC也很少，基本可以忽略不計，因此，其強大的環保功能被消費者最為青睞；溶劑型漆不僅含有大量VOC，且揮發的VOC占比也較大，其揮發到大氣中的有機溶劑VOC一般占涂料總量的50%～80%。這些排放到大氣中的有機揮發物能夠使人中毒甚至致癌。相關法律法規規定的VOC排放要求及工程涂裝過程排放典型值，一般按膜厚100μm，底漆固含量約55%、面漆固含量約45%，通風量按15～20萬m3/h計算。

（3）處理方式不一樣。水性漆及其沾染物歸類于一般工業固廢，按一般固廢物進行處理。溶劑型漆所產生的的漆渣及相關沾染物（漆桶、抹布等）屬于《國家危險廢物名錄》中的 HW12類危險廢物，須按危險廢物進行管理，交給具有危險廢物經營許可證的單位進行集中無害化處理[3]。

3.3 施工工藝對比分析

3.3.1 表面處理

試驗顯示，水的表面張力為72mN/m，遠大于有機溶劑的表面張力25mN/m，浸潤性能差，對底材的處理要求更高，少量的油脂、灰塵都會造成附著力不良。

3.3.2 水性涂料的干燥

檢測證明，水性涂料在噴涂后比溶劑性涂料在噴漆室內的通風時間要長，一般情況下，溶劑性涂料通風約30min,水性涂料約120min，水性涂料施工結束后，必須增加通風時間和干燥時間，通常需要通過加熱烘干的方式來滿足干燥條件。

3.3.3 涂料的調配

水性涂料調配時，必須將主劑和固化劑分別以一定的攪拌速度攪拌后再混合攪拌，到達一定程度后，再加入水進行粘度調整；溶劑性涂料只需攪拌主劑，加入固化劑混合后再調整粘度[4]。

調配好的水性涂料的粘度不會隨時間增加發生增稠現象，超過規定的使用時間仍然能夠噴涂，但會影響涂層性能；溶劑性涂料超過可使用時間就無法噴涂，因此水性涂料使用時間需要準確控制。

3.3.4 施工環境

通常情況下，溫度和相對濕度是影響涂料正常施工、成膜的重要環境因素；水性漆在高濕度下施工會影響水的蒸發，當表面的水份揮發而內部的水份未及時揮發時，水被封閉于漆膜中會導致膜層表面出現針孔；水性涂料允許施工溫度為（15～35）℃，測試證明最佳溫度為（20～25）℃，允許相對濕度為（35～75）%，最佳相對濕度為（60～75）%。

水性涂料在噴涂完成后，需在漆房內通風2h待漆膜中的水分揮發后再移至干燥臺位強制烘干，漆膜前期的通風不良會造成針孔缺陷。

溶劑性涂料施工溫度要求不低于15℃，相對濕度不高于85%。水性涂料面漆噴涂漆房需配備恒溫恒濕裝備。另外需要注意的是，水性漆在環境溫度低于0℃時會產生結冰，影響最終的涂裝質量，因此施工溫度一般要控制在5℃以上。

3.3.5 修補工藝

水性涂料體系維護的難點在于缺陷區域的修補，溶劑性涂料可以通過打磨+局部噴涂+邊緣接口水噴涂+拋光的工藝進行缺陷修復，但水性涂料較難達到溶劑性涂料的修復效果，在噴涂邊緣會出現光影一樣的缺陷，其修復通常需要對較大區域進行重新噴涂。

4 水性漆涂裝應用技術說明及注意事項

4.1 基材表面處理方面

涂裝作業過程中，水性涂料和溶劑型涂料對于工件涂裝前表面處理方法及質量要求，二者是相同的，不同的是，水性漆對涂裝表面的清潔度要求很高且更敏感。為保證涂裝質量和不產生缺陷，水性漆涂裝之前，必須要對基材表面進行清理和清潔度的檢查[5]。

常見的工件表面處理方法及要求見下表。

表1 常見的工件表面處理方法及要求

4.2 噴漆工具及噴涂方式

涂裝作業中常用的噴涂方式主要有高壓無氣噴涂、高壓混氣噴涂及空氣噴涂等，其中，高壓噴涂主要用于底漆、底面合一等厚涂層施工，中間涂層漆、面漆等一般采用空氣噴涂。噴涂工具也都能夠通用，在交替使用過程中，只要注意將噴槍（泵）及管路中的殘留涂料和溶劑清洗干凈，再更換為水性涂料即可。

5 成本分析

綜合研究表明，水性涂料的成本增加主要體現在材料費、水性漆房新增設備費（如控溫控濕系統）等，正常情況下，水性漆材料成本約為同類溶劑性涂料的1.5倍，漆房成本會增加近百萬左右；除此之外，諸如固廢處理費、安全生產成本費等，都會隨著環保法、標準及新規的規范運用而降低。

6 結語

目前水性漆已成功應用于軌道車輛中的地鐵、部分動車組產品中，涂裝質量穩定可靠。水性漆的應用，不僅解決了傳統溶劑型漆存儲、施工中的安全隱患，而且節能降耗、綠色環保，在汽車、機車車輛、工程機械、風電等多個行業，具有廣泛的推廣應用市場前景。