新型低VOC涂料在軌道機車上的應(yīng)用探討

李春霖，潘淼，李麗

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266111）

伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)、穩(wěn)健化發(fā)展，為城市軌道交通技術(shù)的完善與優(yōu)化起到重要的帶動作用，在此驅(qū)動下，許多城市開始結(jié)合自身實況，大力開發(fā)、應(yīng)用符合自身需要的軌道交通系統(tǒng)，在此驅(qū)動與影響下，軌道交通憑借其優(yōu)異的使用性能，逐漸成為人們出行之首選。但需特別說明的是，無論是軌道機車，還是與之相配套的站點，在選擇涂裝上，大多仍將傳統(tǒng)的溶劑型涂料作為首選，需強調(diào)的是，此種涂料具有不足之處，如其長時間暴露于空氣當(dāng)中，會產(chǎn)生許多對人體有害且對環(huán)境有污染的物質(zhì)，最常見的便是有機揮發(fā)物（VOC），此物質(zhì)不僅會使大氣污染情況加重，而且還會產(chǎn)生嚴(yán)重的加重溫室，出現(xiàn)霧霾天氣，且其范圍正在持續(xù)擴大。為了能夠?qū)ν苛蟅OC排放進行有效控制，許多國家均制定了許多應(yīng)對方案，并且還頒布了一些法律法規(guī)。如美國明確規(guī)定：工業(yè)涂料在具體的VOC排放上，不能超過1.8～3.5Ib/gal。我國在“關(guān)于對涂料征收消費稅的通知”當(dāng)中，同樣給出了明確規(guī)定：若所用涂料的VOC值超出420g/L，那么便需繳納涂料消費稅（稅率為4%），此舉勢必會使溶劑型涂料淘汰速度加快。本文給出了一種新型的機車涂料（瓷膜涂料），其屬于水性體系范疇，有著非常低的VOC排放量，并且還有其他優(yōu)點，比如安全環(huán)保等，所以在整個軌道交通體系當(dāng)中，未來應(yīng)用前景廣闊。本文就其基本特點以及具體的涂裝工藝作一深層剖析。

1 瓷膜涂料合成原理分析

針對瓷膜涂料來講，從基礎(chǔ)層面來分析，即為圍繞工業(yè)硅溶膠，借助有機硅氧烷對其實施相應(yīng)改性（所用方法是溶膠-凝膠法），最終從中得到一種新型且性能更優(yōu)的無機納米材料；需要指出的是，其有著特殊的合成原理，也就是基于合適酸性條件作用下，以硅氧烷為對象，進行水解處理，生成大量的硅醇化合物（化學(xué)活性突出）；然后，將其以一種合理、妥當(dāng)方式，混合于一些物質(zhì)當(dāng)中（硅溶膠等），使其彼此間充分發(fā)生反應(yīng)，生成具有特殊結(jié)構(gòu)的凝膠（三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）；最后，進行高溫干燥、固化等一系列處理，生成新材料。需要強調(diào)的是，對于此種材料而言，其主要成分為氧化硅，而在具體結(jié)構(gòu)上，相似于巖石、沙土等。

2 瓷膜涂料的基本特點

當(dāng)前，針對軌道機車涂裝來講，多數(shù)選用的是溶劑型涂料，需要指出的是，此種材料會向空氣中排放大量的有毒、揮發(fā)性物質(zhì)，并且當(dāng)涂料被完全使用后，其自身較難實現(xiàn)被降解，所以長此以往，便會對環(huán)境造成不同程度的污染。對于宜瓷龍瓷膜涂料來進行深入探討，其作為一種新型且實用性更加突出的水性無機涂料，在現(xiàn)實應(yīng)用當(dāng)中，其在多方面上均不同于傳統(tǒng)涂料，比如涂料成分、成膜方式等。因此，其性質(zhì)、特點也不同于傳統(tǒng)涂料。

（1）不燃無煙。需要指出的是，針對瓷膜涂層來考量，其在具體物質(zhì)上，主要是無機氧化硅等，由于其不含可燃成分，因此，當(dāng)遇到火災(zāi)時，也不會引發(fā)燃燒，與此同時，也不會出現(xiàn)釋放有毒氣體的情況。（2）水性環(huán)保。水是涂料的溶液，因而有著非常低的VOC排放，與此同時，涂層當(dāng)中不含有毒元素、重金屬，沒有降解污染，并且還分別通過各種認(rèn)證，如FDA、EEC、RoHS等，安全且環(huán)保，與現(xiàn)代人們的環(huán)保、生活理念相符。（3）高硬度超耐磨。在具體的涂層結(jié)構(gòu)上，與巖石比較類似，而且還有著較高的硬度，通?？梢赃_(dá)到8～9H，所以在耐劃傷性能上比較優(yōu)異，即便是硬幣、鑰匙等硬物，也較難破壞漆膜表面，所以，可以對行李與涂層的磕碰進行有效阻止，能夠達(dá)到防治涂層破壞等情況發(fā)生。（4）耐候性佳。在涂層當(dāng)中，針對-O-Si-O-鍵而言，其能量較高，諸如紫外線等都難以對其結(jié)構(gòu)造成破壞，所以，其耐候性比較突出；即便處于惡劣的環(huán)境中使用，也能發(fā)揮出其應(yīng)有的效果，維護費用少。（5）美觀時尚。與傳統(tǒng)的搪瓷涂料相比較，瓷膜涂料在具體的成膜溫度上，通常會比較低，因此，適用于此體系的顏料比較多，不僅光澤柔和，而且顏色多樣、色彩靚麗，與人們的審美觀念、設(shè)計風(fēng)格相符。

3 瓷膜涂料的基本涂裝工藝

對于既往應(yīng)用于軌道機車涂裝的相關(guān)工藝來分析，其在具體參照上，大多是Siemens公司所設(shè)計的涂裝工藝，也就是當(dāng)相對濕度＜70%，溫度在15～35℃之間的施工條件下，基于三涂層體系來進行有規(guī)律性、目的性的裝涂，工藝流程：機車前的相關(guān)處理、進行有規(guī)律的雙組分環(huán)氧底漆打底、實施刮涂（不飽和聚酯膩子）、噴涂（雙組分聚氨酯2道漆、雙組分聚氨酯面漆）。需要強調(diào)的是，在實際涂裝過程當(dāng)中，通常會有＞50%的揮發(fā)物排入大氣，從而對空氣造成嚴(yán)重污染。而針對宜瓷龍瓷膜涂料來講，其溶劑是比較常見的水，且還含有醇類物質(zhì)（無危害，且在涂料發(fā)生溶膠-凝膠反應(yīng)中產(chǎn)生），因而更健康環(huán)保，經(jīng)《揮發(fā)性有機化合物測試》（SGS所制定）測試得知，沒有發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)，因而與國家環(huán)保政策相符，并且還與人們所秉持的低碳健康生活理念相符；另外，還需要指出的是，其裝涂工藝比較簡單環(huán)保，而且有較少的耗時。

（1）涂料準(zhǔn)備。針對宜瓷龍瓷膜涂料來講，其是一種比較新型的三組分涂料，使用之前，需實施有目的性、規(guī)范性的混合熟化，以此使涂裝效果變得更好。一般來分析，如果處于20～25℃這一特定溫度環(huán)境中，依據(jù)特定順序，三個組分之間進行充分混合，最后經(jīng)特定時間的滾動熟化（4～6h）便可；需要指出的是，在實施熟化處理后，應(yīng)在特定時間內(nèi)將其用完（48h內(nèi)）。

（2）機車前處理。針對瓷膜涂料來分析，可將其用于諸如不銹鋼板、鋁合金等基材當(dāng)中，尤其鋁合金，涂裝效果最理想。多借助棕剛玉砂（60：80目）或白剛玉砂，依據(jù)特定1:1比例來進行噴砂操作，以此使工件表面在具體的粗糙度上，始終處于2.5～4.0μm范圍內(nèi)；最后對其表面進行清理，如去油污等。

（3）膩子。通過刮膩子這一操作，不僅可以使機車的外觀裝飾性得到增強，而且還能提高其整體的平整度，但其也有不足之處，如會直接影響到涂層的附著力造成影響，此外，還會影響到防腐性能，因此，基于車體不平整處，對其局部進行刮涂膩子操作，一般情況下，可用水性聚酯膩子進行5道涂刮工藝，當(dāng)平整基材之后，便可采用瓷膜涂料實施噴涂。

（4）涂料噴涂。瓷膜涂料有著比較小的粘度，因此，建議用靜電噴涂法或壓縮空氣噴涂法來施工；為了能夠使涂料獲得理想的表面狀態(tài)，在噴涂開始前，需要先對車體實施預(yù)熱，使其溫度在50～60℃之間，然后再噴涂。噴涂1道，控制漆膜厚度，通常應(yīng)處于35～55μm范圍內(nèi)，使漆膜能夠覆蓋車體的整個表面，以此獲得理想裝飾與保護效果。

（5）固化。噴涂好之后，先把車體放在特定環(huán)境中烘干（90℃），時間控制在10min，這樣能夠使涂層的表面處于干燥狀態(tài)，之后把車體放于高溫中（160℃），固化20min，徹底硬化涂層，這樣才能獲得更好的性能。

4 瓷膜涂料現(xiàn)實應(yīng)用

早在2010年，韓國便率先將陶瓷涂料應(yīng)用在軌道機車上，并且分別對各地的舊機車進行有目的性的噴涂陶瓷涂料，且在涂裝新車廂過程當(dāng)中，都需要用到陶瓷涂料。不僅有韓國，加拿大的RVA、土耳其動車等也大量使用了陶瓷涂料。而到了2016年，我國也開始廣泛使用無機陶瓷涂料，現(xiàn)階段，此種涂料已經(jīng)在上海地鐵、深圳地鐵得到廣泛化應(yīng)用，表現(xiàn)出諸多優(yōu)點，如瓷膜涂料細(xì)膩光滑并且顏色素雅，能夠滿足中高檔裝飾效果；并且在進行為其一年的運行后，沒有出現(xiàn)破損情況，清洗費用得到大幅減少，因而表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效能。

5 結(jié)語

綜上，我國在關(guān)于涂料VOC排放上，已經(jīng)出臺了許多政策，在此背景下，國內(nèi)涂料以及涂裝行業(yè)將會迎來大規(guī)模改革，溶劑型涂料更新?lián)Q代速度會加快，新型涂料及涂裝技術(shù)研發(fā)進度也會持續(xù)加快，在此驅(qū)動與影響下，國內(nèi)軌道交通涂料將會越發(fā)豐富，且低VOC涂料憑借其優(yōu)點及先進工藝，將會呈現(xiàn)更廣闊的發(fā)展前景。