王 煒 肖瑞金

(1.3M中國有限公司研發(fā)中心，200336，上海； 2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，100037，北京//第一作者,高級(jí)技術(shù)專家)

城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，必將促進(jìn)車輛制造及其日后翻新保養(yǎng)市場的快速增長。目前，軌道車輛表面裝飾普遍采用油漆涂裝的傳統(tǒng)工藝[1]。這一工藝具有高能耗、高污染、施工速度慢的缺點(diǎn)，且油漆的環(huán)保問題也未得到很好的解決。而相對(duì)較新的貼膜工藝，則因其固有的施工靈活快速、色彩豐富、畫面制作簡單易行、可降低車身自重、無VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放以及綠色環(huán)保等優(yōu)勢,逐漸被市場所接受。

1 貼膜工藝概況

1.1 貼膜的構(gòu)成

車體貼膜通常采用聚氯乙烯(PVC)材料制成。PVC分為軟PVC和硬PVC。軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層。由于軟PVC中含有柔軟劑(這也是軟PVC與硬PVC的區(qū)別)，容易變脆，不宜保存，所以使用范圍受到局限。硬PVC不含柔軟劑，柔韌性好，易成形，不宜脆，無毒無污染，保存時(shí)間長，因此具有很大的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。PVC本質(zhì)上是一種真空吸塑膜，因用于各類面板的表層包裝，所以又被稱為裝飾膜或附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。

目前，應(yīng)用于城市軌道交通車輛車體外表面裝飾的貼膜主要為PVC貼膜，厚度在0.08 mm左右；如果實(shí)際使用環(huán)境對(duì)抗涂鴉性及耐磨性有較高要求，還可以配套使用相應(yīng)的保護(hù)膜。貼膜的主要結(jié)構(gòu)由上到下依次為透明保護(hù)膜層、PVC貼膜層、背膠層、襯紙層(見圖1)。

圖1 PVC貼膜的主要結(jié)構(gòu)示意圖

通常，這些優(yōu)質(zhì)貼膜的制造商還會(huì)應(yīng)用專利技術(shù)在背膠上作一些特殊處理，如涂布一層玻璃微珠以方便貼膜施工時(shí)的預(yù)定位，并使用帶導(dǎo)氣槽的背膠以加快施工速度，提高施工質(zhì)量。使用鑄造法制造的皮膜通常具有高達(dá)140%的延展率和小于0.4 mm的收縮率，為施工于車身復(fù)雜表面提供了可能性。

1.2 貼膜的壽命

市場上常見的優(yōu)質(zhì)品牌貼膜，質(zhì)保期可達(dá)到10年左右，使用期則更長，完全能滿足城市軌道交通車輛外部裝飾的需求。

1.3 貼膜的歷史

大約10年前，城市軌道交通車輛制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的歐洲和日本就開始了以貼膜替代油漆涂裝應(yīng)用于車輛外表面裝飾的研究。歐洲的NedTrain和RET公司從2007年開始，陸續(xù)將貼膜工藝應(yīng)用于翻新鐵路車輛表面的裝飾。迄今為止，這兩家公司已經(jīng)施工了超過700輛車。考慮到歐洲涂鴉文化比較盛行，NedTrain公司還特地使用了保護(hù)膜，以提供優(yōu)異的防涂鴉功能。

1.4 國外應(yīng)用案例

2011年開始的日本銀座線地鐵復(fù)刻項(xiàng)目(原指書籍重新刻印發(fā)行，這里指日本的一條地鐵線完全按照1930年代的外觀、外形設(shè)計(jì)重新展示)，是日本第一個(gè)用貼膜替代油漆涂裝施工于新車表面對(duì)車輛進(jìn)行全包的項(xiàng)目。日本車輛制造株式會(huì)社(Nippon Sharyo Ltd.)使用PVC貼膜，直接施工于鋁合金光鋁車身表面，如圖2～4所示。共計(jì)施工了228輛車。

圖2 貼膜前的車體

圖3 正在貼膜的車體

圖4 貼膜后的列車

1.5 國內(nèi)應(yīng)用案例

我國以貼膜替代油漆涂裝工藝應(yīng)用于城市軌道交通車輛外部裝飾最早始于2001年。當(dāng)時(shí)的長春客車廠在廣州地鐵2號(hào)線的車輛腰線上使用了彩色貼膜，大大節(jié)省了傳統(tǒng)腰線噴漆涂裝工藝所必需的遮蔽、烘干等工序時(shí)間。此后，長春客車廠生產(chǎn)的絕大部分不銹鋼城市軌道交通車輛和部分鋁合金城市軌道交通車輛的盲窗、腰線均采用貼膜工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴漆涂裝工藝。

2006年之后，隨著高鐵的興起，貼膜開始應(yīng)用于高速列車市場。雖然當(dāng)時(shí)貼膜只局部應(yīng)用在車身表面，但積累了大量的測試數(shù)據(jù)，為貼膜替代油漆涂裝工藝進(jìn)行車輛全包提供了必要的數(shù)據(jù)支撐。

國內(nèi)使用貼膜替代油漆涂裝進(jìn)行車輛全包始于2012年。當(dāng)時(shí)的南車集團(tuán)株洲車輛廠在儲(chǔ)能車項(xiàng)目上進(jìn)行了初步的嘗試，采用的方案是貼膜直接貼附于底漆表面。該項(xiàng)貼膜施工迄今為止已有6年多時(shí)間，通過觀測可以看到，貼膜在顏色改變率和其他抗老化性能上表現(xiàn)良好，未發(fā)現(xiàn)與油漆涂裝車身有明顯差異；在失光率的性能上，貼膜相比于油漆表現(xiàn)更好(如圖5)。

圖5 儲(chǔ)能車車體全包貼膜

2 貼膜工藝的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以下是對(duì)某品牌PVC貼膜進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)室測試。

2.1 人工紫外加速老化試驗(yàn)

參照GB 14522—2008的測試方法。試驗(yàn)設(shè)備為QUV紫外線加速老化試驗(yàn)箱及UVB(紫外線B燈管)。UVB的波長為313 nm，輻照度為0.49 m2。采用8 h紫外光暴露((70±3)℃)+4 h冷凝((50±3)℃)。本試驗(yàn)以紫外/冷凝循環(huán)1周為1個(gè)周期，共6個(gè)周期。在各周期取出樣板進(jìn)行性能檢測。1 008 h人工加速老化試驗(yàn)前后的色彩模型數(shù)據(jù)及光澤度數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 經(jīng)1 008 h人工加速老化試驗(yàn)后貼膜顏色變化

表2 經(jīng)1 008 h人工加速老化試驗(yàn)后貼膜光澤度變化

由表1和表2可知：在經(jīng)過1 008 h的人工加速老化試驗(yàn)后，貼膜的顏色有輕微的發(fā)黃跡象，而光澤度的改變靠肉眼難以識(shí)別；保護(hù)膜的使用對(duì)顏色及光澤度的保持都有作用。

2.2 耐磨性試驗(yàn)

該試驗(yàn)依據(jù)ISO 7784-2的測試方法。3M Express保護(hù)膜貼附于鋁板表面。試驗(yàn)設(shè)備為：Taber磨耗儀，CS10磨耗輪，負(fù)載100 kg，磨耗1 000轉(zhuǎn)(每200轉(zhuǎn)清潔一次表面)。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 耐磨性試驗(yàn)前后貼膜質(zhì)量變化

ISO 7784-2要求在使用CS10磨耗輪磨損1 000轉(zhuǎn)后，質(zhì)量損失最大值為0.07 g。由表3可知，3M Express保護(hù)膜的實(shí)際質(zhì)量損失遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 抗沖擊性試驗(yàn)

該試驗(yàn)依據(jù)ISO 6272-1的測試方法。3M Express保護(hù)膜和3M 8528保護(hù)膜分別貼附于鋁板表面，在如下條件下進(jìn)行沖擊：①-20 ℃@2.5 N·m，直接沖擊；② +25 ℃@8 N·m，直接沖擊。不允許貼膜出現(xiàn)爆裂或破損。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 貼膜抗沖擊性能試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，3M Express保護(hù)膜和3M 8528保護(hù)膜均滿足抗沖擊性要求。

2.4 清洗液對(duì)貼膜光澤度及顏色的影響

將3M 180C銀灰色貼膜裁切成40 mm×100 mm 大小，貼敷于標(biāo)準(zhǔn)測試板上。每個(gè)顏色制作3塊樣品。

在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度狀態(tài)(溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%)下放置24 h。

使用噴壺，將pH值約為10～11的肥皂水均勻地噴灑于樣品表面，在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度狀態(tài)(溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±5)%)下放置20 min。使用硬毛刷，以約5 N的力往復(fù)擦洗貼膜表面20次。試驗(yàn)結(jié)果見表5和表6。

表5 清洗液對(duì)貼膜光澤度的影響測試結(jié)果

表6 清洗液對(duì)貼膜顏色影響測試結(jié)果

由表5和表6可知，試驗(yàn)前后，貼膜光澤度有輕微變化，貼膜顏色基本無變化。

2.5 小結(jié)

除了上述測試項(xiàng)目外，貼膜在城市軌道交通車輛上應(yīng)用時(shí)，貼膜類產(chǎn)品的環(huán)保性能、安全特性也是必須要考慮的。品質(zhì)較好的一些國外品牌的貼膜，在有害物限量、VOC含量等項(xiàng)目上完全可滿足相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在燃燒性能上也可滿足EN 45545-2標(biāo)準(zhǔn)中R1及R7 HL3的要求。

綜上所述，高質(zhì)量的貼膜完全可以滿足在城市軌道交通車輛上的使用要求。

3 貼膜的粘附性及環(huán)境要求

3.1 貼膜對(duì)不同材質(zhì)的粘附性

目前，適用于城市軌道交通車輛表面的貼膜通常都涂布有丙烯酸的背膠。背膠的耐候性好，適應(yīng)性廣，在常見的不銹鋼車體、鋁合金車體和碳鋼噴漆車體表面都可貼覆。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測量的數(shù)據(jù)，貼膜在這些車體表面的剝離強(qiáng)度均可達(dá)到0.7 kg/cm以上，完全可滿足車輛表面的使用要求。

對(duì)于地鐵運(yùn)營公司現(xiàn)有舊車體的翻新，貼膜的優(yōu)勢更加明顯。施工前僅需對(duì)舊車輛銹蝕破損的漆面進(jìn)行打磨，再用膩?zhàn)友a(bǔ)平，即可進(jìn)行貼膜施工；且貼膜施工無需專門工位，可與其他工序交叉進(jìn)行，節(jié)省了很多施工時(shí)間。

高品質(zhì)的貼膜，使用期可達(dá)10年甚至更久。貼膜的背膠根據(jù)其去除性可分為永久性背膠和可去除背膠。考慮到城市軌道交通車輛的使用時(shí)間和后續(xù)的翻新需求，建議選用質(zhì)保期長且?guī)в锌扇コ衬z的貼膜。這樣，可使貼膜的使用期和車輛的大修期保持一致，且翻新時(shí)可將舊的貼膜去除掉，施工更加便利。

3.2 車體貼膜對(duì)環(huán)境的要求

貼膜施工對(duì)環(huán)境的要求比噴漆簡單很多。貼膜施工應(yīng)在光照充足、清潔干燥的室內(nèi)進(jìn)行，要求環(huán)境溫度在10～38 ℃，環(huán)境相對(duì)濕度在10%～90%。施工現(xiàn)場一般要求配備固定式電動(dòng)升降臺(tái)或移動(dòng)電動(dòng)升降車。電動(dòng)式升降臺(tái)應(yīng)貫穿車體長度，電動(dòng)升降車每節(jié)車輛至少配備2輛。為方便施工，施工現(xiàn)場的照度應(yīng)不低于300 lx，照明不足時(shí)可配備移動(dòng)式LED(發(fā)光二極管)光源進(jìn)行輔助照明。大多數(shù)車輛段維修車間均可滿足這些條件。

4 城市軌道交通車輛采用貼膜的優(yōu)點(diǎn)

城市軌道交通車輛在運(yùn)行10年后,需在大架修車輛段進(jìn)行大修。大架修車輛段通常設(shè)有油漆庫。

油漆庫的作業(yè)會(huì)產(chǎn)生漆霧和粉塵，對(duì)人體有一定的危害，也容易引起火災(zāi)。為確保工作人員的健康安全，減少對(duì)廠區(qū)環(huán)境的污染，避免火災(zāi)，現(xiàn)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)油漆庫的設(shè)置有嚴(yán)格的要求。油漆庫要設(shè)置通風(fēng)設(shè)備，采取消防和環(huán)保措施，并對(duì)電器設(shè)備提出防爆要求。

與車體采用油漆涂裝相比，車輛大修時(shí)車體采用貼膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 不需要特殊廠房。油漆庫屬于甲類廠房，需要采取消防和環(huán)保措施。車輛車體如采用貼膜工藝，無漆霧、粉塵產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境無污染。其尤其適用于有上蓋開發(fā)的車輛段。貼膜作業(yè)可在組裝工位上進(jìn)行，可節(jié)約油漆庫建筑面積約2 000 m2。

(2) 可簡化車輛檢修工藝流程。車體油漆時(shí)，車輛需經(jīng)移車臺(tái)往返油漆庫和組裝工位，工藝流程比較復(fù)雜。車體貼膜作業(yè)可以在組裝工位上進(jìn)行，車輛不必在組裝工位和油漆庫之間周轉(zhuǎn)，簡化了工藝流程。

(3) 減少了車輛檢修時(shí)間。車輛通常在大修時(shí)才需進(jìn)行油漆作業(yè)，故其工作量相對(duì)較少。而油漆庫環(huán)保要求高，土建及設(shè)備投資較大，因此，沒有特殊要求時(shí)，油漆庫不按整列車同時(shí)油漆的列位設(shè)計(jì)，需按臺(tái)位設(shè)置。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用貼膜工藝，7個(gè)人每月可完成120輛(相當(dāng)于6輛編組的列車20列)的貼膜;而在同等條件下，采用噴漆工藝僅能完成40輛。與油漆工藝相比，貼膜工藝可大大提高生產(chǎn)效率[2]。

(4) 不需噴漆設(shè)備。油漆庫需要噴漆、通風(fēng)、環(huán)保、燃?xì)獾仍O(shè)備，以及防爆電器等。采用貼膜工藝不需這些特殊設(shè)備，可以減少設(shè)備投資。

(5) 節(jié)約能源。采用油漆工藝，油漆庫的用電總功率需300 kW以上；如果采用燃?xì)夂娓?，天燃?xì)庥昧靠蛇_(dá)100 m3/h以上。采用貼膜工藝，不需要太大電量，也不需要烘干作業(yè)，可以減少能耗。

5 結(jié) 語

相對(duì)于傳統(tǒng)的噴漆涂裝工藝，城市軌道交通車輛車體貼膜包覆工藝可大幅減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著十分積極的意義。目前，許多地鐵集團(tuán)將資源開發(fā)經(jīng)營作為其持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，把車輛段上蓋開發(fā)作為經(jīng)營開發(fā)的重點(diǎn)，構(gòu)建“軌道+物業(yè)”資源開發(fā)經(jīng)營的新模式。貼膜工藝替代傳統(tǒng)噴漆涂裝工藝，可從根本上解決油漆庫對(duì)車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)產(chǎn)生的影響，有利于提高車輛段上蓋開發(fā)的品質(zhì)。

作為一種相對(duì)比較新的工藝，貼膜替代油漆涂裝工藝裝飾城市軌道交通車輛表面，尚有一些地方不夠成熟，如貼膜前車身的表面處理、內(nèi)裝貼膜現(xiàn)場施工工藝細(xì)節(jié)的規(guī)范以及貼膜驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，需要進(jìn)行更深入的研究。相信隨著貼膜應(yīng)用在城市軌道交通行業(yè)內(nèi)的不斷推廣，這些問題很快會(huì)得到解決。