肖 艷，陶加法，陳 強(qiáng)，陳文興，石忠華 （中車長(zhǎng)江車輛有限公司，湖北武漢 430212）

0 引言

近年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家綠色環(huán)保的號(hào)召，水性涂料作為一種新型綠色環(huán)保涂料進(jìn)入涂裝行業(yè)。在我國(guó)，從20世紀(jì)90年代初開始研發(fā)水性涂料，其所占市場(chǎng)份額逐年遞增，已被廣泛應(yīng)用于汽車制造、船舶制造、鐵路機(jī)車、交通橋梁和建筑等行業(yè)。水性涂料自2008年開始被應(yīng)用于鐵路貨車上，迄今為止已在多個(gè)鐵路貨車制造工廠所使用，并逐漸取代了傳統(tǒng)的溶劑型涂料［1］。

水性涂料以水作為稀釋劑，綠色環(huán)保，對(duì)人體無(wú)傷害。但由于水性涂料的干燥受環(huán)境溫度、濕度的影響較大，涂料性能及施工工藝與傳統(tǒng)的溶劑型涂料有所不同，在低溫、高濕的環(huán)境下易產(chǎn)生漆膜缺陷［2］。針對(duì)水性涂料的特殊性，詳細(xì)介紹了鐵路貨車用水性涂料的性能特點(diǎn)和施工工藝，并針對(duì)水性涂料在施工過(guò)程中出現(xiàn)的涂膜缺陷提出了一些處理方法。

1 水性涂料的性能特點(diǎn)

1.1 環(huán)保性

根據(jù)鐵路總公司下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)《鐵路貨車用水溶性涂料技術(shù)條件（暫行）》（TJ/CL 251.1）的規(guī)定，鐵路貨車用水溶性涂料中的有機(jī)揮發(fā)物（VOC）含量需≤150 g/L，比溶劑型涂料中的VOC含量大大降低。

為了研究及驗(yàn)證其環(huán)保性，從多方面對(duì)水性涂料進(jìn)行了環(huán)保性能研究：

（1） 選取了多個(gè)水性涂料樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1，表1結(jié)果顯示，幾個(gè)水性涂料樣品的VOC含量遠(yuǎn)低于150 g/L。

（2） 溶劑型涂料施工現(xiàn)場(chǎng)有濃烈的刺激性氣味，嚴(yán)重刺鼻、刺眼，在現(xiàn)場(chǎng)中較長(zhǎng)時(shí)間停留時(shí)容易出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀；水性涂料施工現(xiàn)場(chǎng)氣味大大減小，進(jìn)入水性涂料施工現(xiàn)場(chǎng)人體沒(méi)有明顯的不適感。

（3） 分別對(duì)水性涂料施工現(xiàn)場(chǎng)廢氣入口處及出口處的廢氣進(jìn)行了測(cè)試，檢測(cè)其成分及含量，結(jié)果見表2。根據(jù)表2結(jié)果可知，水性涂料廢氣入口處各廢氣含量也能符合GB 16207—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的有組織廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

以上結(jié)論說(shuō)明：采用水性涂料噴涂鐵路貨車，VOC的排放量大大減少，未經(jīng)過(guò)廢氣處理也能達(dá)到《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

根據(jù)上述研究情況，鐵路貨車采用水性涂料，可從源頭上控制VOC的排放［3］，改善作業(yè)環(huán)境，保護(hù)作業(yè)人員身體健康，保護(hù)環(huán)境，帶來(lái)積極的社會(huì)效益。

1.2 安全性

水性涂料以水作為主要溶劑，大大減少了可燃物——有機(jī)溶劑的含量，經(jīng)鑒定，水性涂料不燃不爆，消除了溶劑型涂料在運(yùn)輸、貯存、施工中存在的安全隱患［4］。

1.3 受環(huán)境溫度、濕度影響較大

水性涂料以水作為主要溶劑，干燥速度受環(huán)境溫度、濕度影響較大，在低溫、高濕的環(huán)境下會(huì)存在難干甚至不干的現(xiàn)象；環(huán)境溫度過(guò)高或濕度過(guò)低時(shí)容易產(chǎn)生干噴，導(dǎo)致漆膜缺陷及附著力不良的情況［5］。經(jīng)試驗(yàn)研究，水性涂料的施工與溫濕度的關(guān)系如圖1所示。

從圖1可知，溫度15~35 ℃、相對(duì)濕度45%~70%的環(huán)境最適合于水性涂料的施工。

1.4 對(duì)涂裝表面清潔度要求較高

與有機(jī)溶劑相比，水的表面張力較大，在基材表面的鋪展性、潤(rùn)濕性相對(duì)較差。因此，與溶劑型涂料相比，水性涂料對(duì)涂漆表面污染物，尤其是油污較為敏感。施工前表面污物去除不凈時(shí)，易導(dǎo)致涂膜缺陷。

2 水性涂料的施工工藝

2.1 前期準(zhǔn)備

（1） 預(yù)處理

鋼材表面需進(jìn)行拋丸預(yù)處理，除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1—2011中的Sa 2.5級(jí)。未經(jīng)拋丸預(yù)處理的表面，車體或配件成形后，表面需進(jìn)行拋（噴）射處理，除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1—2011中的Sa 2.5級(jí)，拋（噴）射除銹方法無(wú)法實(shí)施時(shí)，允許采用機(jī)械打磨除銹方法替代，除銹質(zhì)量須達(dá)到GB/T 8923.1—2011中規(guī)定的St 2級(jí)。

（2） 噴漆前的表面清理

因水性涂料對(duì)基材表面清潔度的要求較高，在水性涂料噴涂之前，需對(duì)涂裝表面進(jìn)行徹底清理，鏟除焊渣、飛濺等附著物；對(duì)預(yù)涂底漆覆蓋不良部位及已返銹部位進(jìn)行打磨；用200#溶劑汽油或者水性清洗劑將基材表面的油斑、腳印、粉筆字、探傷殘留物等污染物擦洗干凈。存在油斑的部位應(yīng)重點(diǎn)清理，擦洗2~3遍。

2.2 涂裝要求

鐵路貨車使用傳統(tǒng)溶劑型涂料的涂裝工藝流程為：底漆預(yù)涂→底漆噴涂→底漆干燥→面漆預(yù)涂→面漆噴涂→面漆干燥→面漆修補(bǔ)→標(biāo)記涂打→油漆損傷部位修補(bǔ)。

水性涂料的噴涂工藝流程與溶劑型涂料的大致相同，其設(shè)備原理、噴涂方式，使用設(shè)備，均與溶劑型涂料一致。因水性涂料的施工受環(huán)境溫濕度影響較大的性能特點(diǎn)，當(dāng)溫度過(guò)低或濕度過(guò)高時(shí)，需對(duì)待涂裝的車輛進(jìn)行預(yù)熱，噴涂室內(nèi)需進(jìn)行送熱風(fēng)操作，涂裝完畢的車輛需進(jìn)行烘干。

在下述情況下水性涂料噴涂需增加車輛預(yù)熱、送熱風(fēng)、涂料預(yù)熱等處理過(guò)程。

（1） 車輛預(yù)熱

在氣溫低于12 ℃或環(huán)境相對(duì)濕度>85%時(shí)，噴涂底漆前應(yīng)對(duì)車體或配件進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥40 ℃，預(yù)熱時(shí)間≥15 min。

（2） 送熱風(fēng)

當(dāng)氣溫低于5 ℃條件下噴涂或環(huán)境相對(duì)濕度>85%時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)噴涂室送風(fēng)加熱系統(tǒng)，保證室內(nèi)溫度不低于12 ℃。

（3） 涂料預(yù)熱

在氣溫低于5 ℃條件下，水性涂料應(yīng)采取加溫措施，一般采用調(diào)漆罐水浴加熱的方式，加熱溫度不宜低于12 ℃。與此同時(shí)，涂料庫(kù)房也需啟動(dòng)保溫裝置，保證庫(kù)房溫度不低于12 ℃。

（4） 涂料干燥

當(dāng)環(huán)境溫度低于12 ℃、相對(duì)濕度大于85%或大批量生產(chǎn)時(shí)，涂料須采用烘干方式進(jìn)行干燥，烘干溫度不低于50 ℃，烘干時(shí)間不少于30 min。當(dāng)車體或配件裝有橡膠、塑料等元器件時(shí)，烘干溫度不得高于70 ℃。

當(dāng)工序及環(huán)境條件能保證水性涂料自然干燥時(shí)，允許采取自然干燥方式，自然干燥的時(shí)間須保證涂層達(dá)到實(shí)干。

另外，水性涂料漆膜在實(shí)干前對(duì)水敏感，涂層未達(dá)到實(shí)干前，車體或配件不得露天存放或淋水。

2.3 施工參數(shù)

除施工黏度外，水性涂料施工參數(shù)與溶劑型涂料大體一致。因水性涂料所使用的樹脂與溶劑型涂料不同，水性涂料存在一種假稠現(xiàn)象，控制水性涂料施工黏度參數(shù)與溶劑型涂料一致時(shí)，噴涂時(shí)涂料過(guò)稀，會(huì)產(chǎn)生大面積流掛現(xiàn)象。根據(jù)本公司大量噴涂試驗(yàn)研究及后續(xù)跟蹤情況，制定了鐵路貨車常用的幾種水性涂料的施工參數(shù)，見表3。

表3 鐵路貨車用水性涂料的施工參數(shù)表Table 3 Construction parameters table of water-based paint for railway truck

3 涂膜缺陷及處理方法

根據(jù)對(duì)水性涂料的研究及噴涂經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，水性涂料涂裝常見如下缺陷，針對(duì)這些缺陷，專門研究制定了相應(yīng)的解決措施。

3.1 流掛（圖2）

圖2 車體表面涂料流掛Figure 2 Surface paint sag

形成原因1：噴涂環(huán)境溫度太低。

解決措施：噴涂前基材表面預(yù)熱、噴漆室送熱風(fēng)加熱（12 ℃以上）、涂料材料預(yù)熱。

形成原因2：噴涂及干燥環(huán)境相對(duì)濕度太高（>85%）。

解決措施：噴涂前表面預(yù)熱、噴漆室送熱風(fēng)加熱（12 ℃以上）、涂料材料預(yù)熱。

形成原因3：一次性噴涂過(guò)厚。

解決措施：控制噴涂距離和噴涂流量，注意在噴涂過(guò)程中兩條漆帶不能過(guò)多重復(fù)，保持均勻的噴涂速度。

形成原因4：涂料過(guò)度稀釋

解決措施：調(diào)漆時(shí)控制加水量，涂料黏度調(diào)配應(yīng)在工藝規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2 開裂（圖3）

圖3 涂層表面開裂Figure 3 Cracking of the coating surface

形成原因：一次性噴涂太厚、烘干溫度過(guò)高和閃干時(shí)間太短等綜合因素影響。

解決措施：（1） 一次性噴涂厚度最好控制在50~80 μm之間。（2） 烘干溫度不要超過(guò)70 ℃，在能干的情況下，最好控制在40~60 ℃。

（3） 條件允許的情況下，噴涂后可閃干10 min左右后再烘干。

3.3 干噴（圖4）

形成原因1：噴涂環(huán)境溫度過(guò)高（>40 ℃）。

解決措施：降低環(huán)境溫度或稀釋涂料。形成原因2：噴涂環(huán)境相對(duì)濕度太低（<40%）。解決措施：提高環(huán)境濕度或稀釋涂料。

圖4 干噴產(chǎn)生的白霜Figure 4 Hoarfrost from dry spray

3.4 斑點(diǎn)（圖5）

圖5 斑點(diǎn)Figure 5 Spots

形成原因1：基材表面存在污染物。

解決措施：加強(qiáng)基材表面清理工作，確保將油污、探傷液及其它污染物清理干凈。

形成原因2：噴涂材料中混有油脂。

解決措施：切換水性涂料前，應(yīng)對(duì)使用溶劑型涂料的調(diào)漆桶、噴涂設(shè)備及管路系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗。建議先用溶解性強(qiáng)的環(huán)氧漆稀釋劑或聚氨酯漆稀釋劑浸泡1 h以上，然后再清洗噴漆機(jī)及管路系統(tǒng)，最后再用清潔自來(lái)水沖洗，直至清洗水無(wú)色、無(wú)明顯油花。

3.5 油漆脫落

形成原因1：基材表面的油污等雜質(zhì)未清理干凈。

解決措施：加強(qiáng)基材表面清理工作，確保將油污、探傷液及其它污染物清理干凈。

形成原因2：噴涂時(shí)溫度過(guò)低或者相對(duì)濕度過(guò)高。

解決措施：根據(jù)環(huán)境溫度和濕度情況，增加表面預(yù)熱、噴漆室送熱風(fēng)（12 ℃以上）、烘干等操作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水性涂料性能特點(diǎn)及施工工藝的研究，提出了處理涂膜缺陷的方法，通過(guò)制定適合鐵路貨車水性涂料施工的工藝規(guī)范，有效解決了鐵路貨車用水性涂料施工工藝技術(shù)尚不成熟的難題，為水性涂料在鐵路貨車上的全面推廣應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)綠色制造奠定技術(shù)和理論基礎(chǔ)。