摘 要 : 概述铁道客车全面采用双组分涂料的情况 , 测试了部分涂料的耐盐雾或耐老化性能 , 评述了部分产品的相关标准及测试方法 , 对含氟涂料的应用提出了看法。
关键词 : 客车 ; 涂料 ; 涂装系 ; 含氟涂料
新造铁路客车外表面采用的涂装系一般为 : 表面处理加预涂底漆 , 底漆 1 ～ 2 道 , 腻子 3 ～ 5 道 , 中间涂层 1 道 , 面漆 2 ～ 4 道 ( 分色 ) 。从 20 世纪 90 年代初以来 , 主要使用单组分涂料构成的涂装系 , 其中底漆主要为环氧酯类 , 加上环氧酯腻子 , 面漆多为丙烯酸改性醇酸磁漆 , 通常不使用中涂层。从实际使用情况看 , 这种涂装系由于面漆漆膜硬度较低 , 耐老化性能不好 , 相当一部分车辆在运用一年半的时间内已开始出现粉化、褪色及起泡、脱落等现象。有鉴于此 , 从 2001 年底铁道部有关部门决定采用更高档次的涂料 , 并从 2002 年下半年开始 , 在新造铁路客车上开始采用。
1 涂料的选择
目前铁道客车的运用情况是 : 根据运用时间或走行公里数安排段修 ( 辅修 ), 通常每 (1 . 5 ～ 2) 年进行一次 , 主要是对走行部 ( 转向架 ) 进行维护 ; 每 3 次段修后 ( 即每 7 ～ 8 年 ) 进行厂修 ( 大修 ), 对客车进行全面维护。按当前涂料的使用状况 , 醇酸类面漆 ( 包括醇酸和丙烯酸改性醇酸面漆 ) 在经过 1 年左右的运行之后 , 会出现明显的粉化和褪色现象 , 因此在每次段修时为了美观 , 均整车重涂面漆。
理论上说 , 丙烯酸改性醇酸面漆的性能应优于普通醇酸面漆 , 但在运用过程中发现其老化性能并没有明显改善。在实验室内进行的紫外荧光灯 (QUV) 加速老化试验结果也已证明了这一点 : 在 200h 试验后 , 有些样品的失光和粉化情况甚至不如普通醇酸漆。
聚氨酯面漆、特别是脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆的性能明显优于醇酸类 , 目前国内外桥梁、建筑等要求较长寿命的结构很多均使用这类树脂面漆。部分实际使用聚氨酯面漆的铁路客车在运用 4 年后 , 虽在第一次段修时未经重涂面漆 , 其表面状况仍然不错 , 只有极轻微的粉化和褪色现象。
根据铁道行业的特点 , 面漆的保光、保色和抗粉化性能是影响车辆外观的主要因素 , 从漆膜的常规性能上看 , 聚氨酯面漆的硬度、抗划伤性和质感均比较好 , 因此确定采用双组分聚氨酯类面漆全面替代醇酸类面漆。作为配套 , 底漆选用双组分环氧或环氧聚氨酯类涂料 , 配合不饱和聚酯腻子 ( 原子灰 ) 和双组分环氧或聚氨酯中涂层 , 构成铁路客车双组分涂装系。
为了筛选出好的涂料产品 , 2002 年初开始对部分厂家提供的样品进行比对试验。根据比对试验结果 , 铁路客车生产厂在 2002 年下半年已开始全面使用双组分涂料。
作为试验 , 铁道部在 2002 年还对大连振邦氟涂料股份有限公司生产的氟碳漆进行了整车试涂。
2 试验结果
比对试验的样品均由涂料厂提供 , 底漆为双组分环氧或聚氨酯防锈漆 , 面漆均为脂肪族聚氨酯 , 并按统一色标 ( 白色 : RAL9003 ; 红色 :
RAL3020) 提供涂膜样板。考虑到底漆的耐腐蚀性和面漆的耐老化性是其中的关键项点 , 也是采用此类涂装系的主要目的 , 因此对底漆样板仅进行耐中性盐雾试验 , 面漆样板进行耐人工气候加速试验。按照铁道行业标准 TB/ T 2260 -2001 《铁路机车车辆防锈底漆》和 TB/ T 2393 -2001 《铁路机车车辆面漆》的要求 , 底漆样板 ( 100mm × 150mm , 干膜厚 70 μ m , 划痕 ) 应通过 500h 盐雾 , 面漆应达到 QUV 老化试验 1000h 的指标要求。表 1 和表 2 分别为部分厂家的底漆和面漆样板的测试结果。
表 1 防锈底漆耐盐雾试验结果
注 : TB/ T 2260 -2001 要求指标 : 板面无起泡、不生锈 ; 划痕处锈蚀宽度≤ 2mm ( 单向 ) 。
3 结果讨论
3.1 底漆
一般认为 , 双组分防锈底漆的性能相对单组分漆来说性能明显占优 , 但从表 1 中的试验结果看耐盐雾性能并不是都很好 , 合格的不到一半 , 此状况接近于原大量使用的单组分环氧酯防锈漆。从试验结果看 , 500h 试验后多数不合格的样板存在起泡现象 , 而锈蚀扩展情况并不严重。笔者认为原因有以下方面 : (1) 对标准不了解。部分厂家的产品并未按铁道行业标准认真进行过试验 , 虽然曾做过 500h 甚至更长时间的盐雾试验 , 但并不是划痕板 ;
(2) 样板的划痕锈蚀扩展并不严重 , 说明其组分中缓蚀性颜料起了作用 , 起泡可能主要还是因为树脂的耐水性不好 , 或者是胺值与环氧值的比例不对即交联不完全 , 从而导致起泡 ; (3) 聚氨酯树脂作防锈漆性能并不好。据厂家介绍 , 不合格产品中部分产品采用了聚氨酯树脂作为成膜物质 , 在盐雾试验的连续高湿环境下性能并不理想 , 这可能是其产品不合格的主要原因之一。
表 2 面漆 1000h 耐人工气候加速试验结果
注 : 1. 根据 GB/ T 1766 -1995 《色漆和清漆涂层老化的评级方法》的规定 , 按 “ 装饰性漆膜综合老化性能等级的评定 ” 进行评价 , 评级分为 0 ～ 5 共 6 个等级 : 0 级最好 ,5 级最差 ;
2. 试验条件 : 光源为 UV -B (313nm) 灯管。每一循环试验条件为 : UV 光照 , 60 ℃ , 4h ; 冷凝 , 50 ℃ , 4h ;
3. TB/ T 2393 -2001 要求指标 ( Ⅱ 类面漆 ): ≤ 2 级 ( 失光 3 级 , 变色 2 级 , 粉化 1 级 , 泛金 2 级 , 斑点 2 级 , 沾污 2 级 , 裂纹 3 (S1) 或 2 (S2) 级 , 起泡 2 (S2) 或 1 (S3) 级 , 长霉 2 (S2) 级 , 脱落 0 级 , 生锈 1 (S1) 级。
3.2 面漆
面漆的试验结果比想象的要差 , 仅有 1/ 3 产品合格 ( ≤ 2 级 ) 。根据试验结果 , 多数产品的粉化程度并不严重 , 失光和变色是主要问题 , 但据了解多数厂家提供的是丙烯酸聚氨酯面漆 , HDI 多采用 BA YER 公司的 3390 或 N75 , 颜料也多为进口 产品 , 理论上红色颜料不如白色颜料 , 但出现如此众多不合格样品的原因又是什么呢 ? (1) 按国家或化工行业标准 , 耐老化性能要求为广州地区老化一年 , 此项指标可操作性太差 ; 而 2001 年颁布执行的 TB/ T 2393 铁道行业标准有些涂料生产厂家并不了解。 (2) 耐老化性能属型式检验项目 , 用户很少要求提供型式检验报告 , 加上设备能力问题 , 涂料厂实际上对涂料的耐老化这一内在性能并不了解 , 测试很少或根本没有 , 当然也可说是重视程度不足。 (3) 涂料测试的国家标准中有多种 , 如 GB/ T 1865 -1997 《漆膜老化 ( 人工加速 ) 测定法》 , GB/ T 11189 . 1 -1989 《非金属材料曝露试验用的有水和无水光曝露设备 ( 氙弧型 ) 及实施方法》 , GB/ T 11189 . 2 -1989 《非金属材料曝露试验用的有水和无水光曝露设备 ( 碳弧型 ) 及实施方法》 , GB/ T 11190 -1989 《色漆、清漆、喷漆及有关产品的水 - 光曝露设备 ( 碳弧型 ) 及实施方法》 , GB/ T 16259 -1996 《彩色建筑涂料人工气候加速颜色老化试验方法》 , 以及 GB/ T 14522 -1993 《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》等。根据光源的种类 , 可以将上述老化试验方法分为 3 种类型 , 即氙灯型、碳弧型和紫外荧光灯型 , 三种光源的光谱曲线不同 , 能量分布不一样 , 各种方法的测试结果不具可比性。
原铁道行业标准 TB/T 2393 -93 中规定的老化性能试验同化工行业标准一样 , 为广州地区曝晒一年 , 实际上无法实施 , 这就容易造成涂料常规性能检验合格 , 而实际上涂膜耐久性太差的情况出现。 2000 年在 TB/ T 2393 修订中 , 改为耐人工气候加速试验 , 采用 QUV (UVB) 老化试验方法 , 并将面漆产品分为两类 , Ⅰ 类 ( 以醇酸漆为代表 ) 要求老化时间为 200h , Ⅱ 类 ( 聚氨酯漆为代表 ) 为 1000h 。 QUV 方法在国际上得到广泛应用 , 而且试验时间相对较短 , 具有一定的可比性。
笔者通过试验发现 , 目前市售的部分汽车修补用面漆 , 如果不罩清漆的话 , QUV 试验的保光性能并不太好 , 但实际使用中反映却还可以 , 这可能是缘于汽车表面可以抛光打磨。铁路客车的运用条件与汽车完全不同 , 首先是运行路线长 , 经常是一天之内从南到北超过 1500km , 经受一年四季阳光、风沙、雨雪的侵蚀和高、低温的交替作用 , 再加上 车体结构大 , 不可能像汽车那样进行表面清洁和维护。相对来说运用条件十分恶劣 , 因此铁道行业标准中耐老化性能指标高于其他行业就不足为奇了。
从另一方面说 , 产品质量涉及涂料配方的合理性、助剂和添加剂的使用以及进口原材料的内在质量等多方面的因素 , 如果涂料生产厂不进行深入研究、不进行测试 , 将无从谈起保证质量 , 更不用考虑涂料的施工工艺对涂膜的影响了。
3 . 3 氟碳面漆
1982 年前后 , 日本旭硝子公司首先研制成功常温固化含氟涂料 , 也就是所谓的氟碳漆。这实际上为一种含氟聚氨酯涂料 , 是由三氟氯乙烯 - 乙烯基醚 ( 酯 ) 共聚物制成含氟树脂 , 在常温下可与异氰酸酯交联固化成膜 , 其中部分异氰酸酯仍为脂肪族的 HD I 。目前在国内外多数常温固化含氟涂料均是以此原理为基础的。从理论上说 , 由于部分 C -H 键为键能最强的 C -F 键取代 , 其耐老化性和抗污性均优于不含氟的聚氨酯 , 据报道室内人工加速老化试验能达到 4000h ～ 6000h 。表 2 中 No.10 样板即为氟碳面漆经 QUV 老化 1000h 后的试验结果。
根据铁道部运输局的要求 , 2002 年长春、四方、浦镇和唐山四个车辆厂先后用氟碳面漆进行了试装车试验 , 共计涂装了 13 辆 25 K 型客车。此次试验的目的是利用含氟涂料抗老化性能好、特别是自洁性能优异、表面清理工作相对容易的特点 , 希望能明显改善车辆外观状况 , 并延长车辆表面涂装系的使用寿命。试涂工作说明 : 氟碳涂料的工艺性能可以满足车辆制造厂的要求。由于涂料的涂装技术和质量涉及多种因素 , 整车涂装的实际效果仍有待进一步考查。
氟碳漆在成膜机理上与聚氨酯漆一样 , 因此其性能也应与之相近或稍强。考虑到脂肪族聚氨酯面漆的老化性能极为参差不齐 , 不能指望氟碳面漆在性能上有质的飞跃。目前国内含氟涂料已成热点 , 多家涂料厂上此项目 , 但据笔者了解 , 部分厂根本不具备检测条件 , 甚至连老化试验都没有认真进行过 , 想象一下这样的厂怎样保证产品质量 ? 如果仅采用质量好的聚氨酯面漆就能达到要求 , 为何要使用质量没有明显优势、而价格又要高得多的含氟涂料呢。
