铁路货车用水性涂料的性能特点及常见施工缺陷

来源:上海涂料 2020-02-02 09:58

肖艳  陶加法  陈强  陈文兴  石忠华 ( 中车长江车辆有限公司 ) 

摘要:主要介绍了铁路货车用水性涂料的性能特点及施工工艺,以及在使用水性涂料过程中出现的涂膜缺陷及处理方法。

0 引言

近年来,为响应国家绿色环保的号召,水性涂料作为一种新型绿色环保涂料进入涂装行业。在我国,从20 世纪90 年代初开始研发水性涂料,其所占市场份额逐年递增,已被广泛应用于汽车制造、船舶制造、铁路机车、交通桥梁和建筑等行业。水性涂料自2008 年开始被应用于铁路货车上,迄今为止已在多个铁路货车制造工厂所使用,并逐渐取代了传统的溶剂型涂料。

水性涂料以水作为稀释剂,绿色环保,对人体无伤害。但由于水性涂料的干燥受环境温度、湿度的影响较大,涂料性能及施工工艺与传统的溶剂型涂料有所不同,在低温、高湿的环境下易产生漆膜缺陷。针对水性涂料的特殊性,详细介绍了铁路货车用水性涂料的性能特点和施工工艺,并针对水性涂料在施工过程中出现的涂膜缺陷提出了一些处理方法。

1 水性涂料的性能特点

1.1 环保性

根据铁路总公司下发的标准《铁路货车用水溶性涂料技术条件(暂行)》(TJ/CL 251.1)的规定,铁路货车用水溶性涂料中的有机挥发物(VOC)含量需≤150 g/L,比溶剂型涂料中的VOC 含量大大降低。

为了研究及验证其环保性,从多方面对水性涂料进行了环保性能研究:

(1) 选取了多个水性涂料样品进行了实验室性能检测,检测结果见表1,表1 结果显示,几个水性涂料样品的VOC 含量远低于150 g/L。

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(2) 溶剂型涂料施工现场有浓烈的刺激性气味,严重刺鼻、刺眼,在现场中较长时间停留时容易出现头晕、恶心等症状;水性涂料施工现场气味大大减小,进入水性涂料施工现场人体没有明显的不适感。

(3) 分别对水性涂料施工现场废气入口处及出口处的废气进行了测试,检测其成分及含量,结果见表2。

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根据表2 结果可知,水性涂料废气入口处各废气含量也能符合GB 16207—1996《大气污染物综合排放标准》中规定的有组织废气排放标准。以上结论说明:采用水性涂料喷涂铁路货车,VOC 的排放量大大减少,未经过废气处理也能达到《大气污染物综合排放标准》的要求。

根据上述研究情况,铁路货车采用水性涂料,可从源头上控制VOC 的排放,改善作业环境,保护作业人员身体健康,保护环境,带来积极的社会效益。

1.2 安全性

水性涂料以水作为主要溶剂,大大减少了可燃物——有机溶剂的含量,经鉴定,水性涂料不燃不爆,消除了溶剂型涂料在运输、贮存、施工中存在的安全隐患。

1.3 受环境温度、湿度影响较大

水性涂料以水作为主要溶剂,干燥速度受环境温度、湿度影响较大,在低温、高湿的环境下会存在难干甚至不干的现象;环境温度过高或湿度过低时容易产生干喷,导致漆膜缺陷及附着力不良的情况。

经试验研究,水性涂料的施工与温湿度的关系如图1所示。

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从图1 可知,温度15~35 ℃、相对湿度45%~70%的环境最适合于水性涂料的施工。

1.4 对涂装表面清洁度要求较高

与有机溶剂相比,水的表面张力较大,在基材表面的铺展性、润湿性相对较差。因此,与溶剂型涂料相比,水性涂料对涂漆表面污染物,尤其是油污较为敏感。施工前表面污物去除不净时,易导致涂膜缺陷。

2 水性涂料的施工工艺

2.1 前期准备

(1) 预处理

钢材表面需进行抛丸预处理,除锈等级应达到GB/T 8923.1—2011 中的Sa 2.5 级。未经抛丸预处理的表面,车体或配件成形后,表面需进行抛(喷)射处理,除锈等级应达到GB/T 8923.1—2011 中的Sa 2.5 级,抛(喷)射除锈方法无法实施时,允许采用机械打磨除锈方法替代,除锈质量须达到GB/T8923.1—2011 中规定的St 2 级。

(2) 喷漆前的表面清理

因水性涂料对基材表面清洁度的要求较高,在水性涂料喷涂之前,需对涂装表面进行彻底清理,铲除焊渣、飞溅等附着物;对预涂底漆覆盖不良部位及已返锈部位进行打磨;用200# 溶剂汽油或者水性清洗剂将基材表面的油斑、脚印、粉笔字、探伤残留物等污染物擦洗干净。存在油斑的部位应重点清理,擦洗2~3 遍。

2.2 涂装要求

铁路货车使用传统溶剂型涂料的涂装工艺流程为:底漆预涂→底漆喷涂→底漆干燥→面漆预涂→面漆喷涂→面漆干燥→面漆修补→标记涂打→油漆损伤部位修补。

水性涂料的喷涂工艺流程与溶剂型涂料的大致相同,其设备原理、喷涂方式,使用设备,均与溶剂型涂料一致。因水性涂料的施工受环境温湿度影响较大的性能特点,当温度过低或湿度过高时,需对待涂装的车辆进行预热,喷涂室内需进行送热风操作,涂装完毕的车辆需进行烘干。

在下述情况下水性涂料喷涂需增加车辆预热、送热风、涂料预热等处理过程。

(1) 车辆预热

在气温低于12 ℃或环境相对湿度>85%时,喷涂底漆前应对车体或配件进行预热,预热温度≥ 40 ℃,预热时间≥ 15 min。

(2) 送热风

当气温低于5 ℃条件下喷涂或环境相对湿度>85%时,应启动喷涂室送风加热系统,保证室内温度不低于12 ℃。

(3) 涂料预热

在气温低于5 ℃条件下,水性涂料应采取加温措施,一般采用调漆罐水浴加热的方式,加热温度不宜低于12 ℃。与此同时,涂料库房也需启动保温装置,保证库房温度不低于12 ℃。

(4) 涂料干燥

当环境温度低于12 ℃、相对湿度大于85%或大批量生产时,涂料须采用烘干方式进行干燥,烘干温度不低于50 ℃,烘干时间不少于30 min。当车体或配件装有橡胶、塑料等元器件时,烘干温度不得高于70 ℃。

当工序及环境条件能保证水性涂料自然干燥时,允许采取自然干燥方式,自然干燥的时间须保证涂层达到实干。

另外,水性涂料漆膜在实干前对水敏感,涂层未达到实干前,车体或配件不得露天存放或淋水。

2.3 施工参数

除施工黏度外,水性涂料施工参数与溶剂型涂料大体一致。因水性涂料所使用的树脂与溶剂型涂料不同,水性涂料存在一种假稠现象,控制水性涂料施工黏度参数与溶剂型涂料一致时,喷涂时涂料过稀,会产生大面积流挂现象。根据本公司大量喷涂试验研究及后续跟踪情况,制定了铁路货车常用的几种水性涂料的施工参数,见表3。

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3 涂膜缺陷及处理方法

根据对水性涂料的研究及喷涂经验来看,水性涂料涂装常见如下缺陷,针对这些缺陷,专门研究制定了相应的解决措施。

3.1 流挂(图2)

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形成原因1 :喷涂环境温度太低。

解决措施:喷涂前基材表面预热、喷漆室送热风加热(12 ℃以上)、涂料材料预热。

形成原因2 :喷涂及干燥环境相对湿度太高(>85%)。

解决措施:喷涂前表面预热、喷漆室送热风加热(12 ℃以上)、涂料材料预热。

形成原因3 :一次性喷涂过厚。

解决措施:控制喷涂距离和喷涂流量,注意在喷涂过程中两条漆带不能过多重复,保持均匀的喷涂速度。形成原因4 :涂料过度稀释

解决措施:调漆时控制加水量,涂料黏度调配应在工艺规定范围内。

3.2 开裂(图3)

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形成原因:一次性喷涂太厚、烘干温度过高和闪干时间太短等综合因素影响。

解决措施:

(1) 一次性喷涂厚度最好控制在50~80 μm之间。

(2) 烘干温度不要超过70 ℃,在能干的情况下,最好控制在40~60 ℃。

(3) 条件允许的情况下,喷涂后可闪干10 min左右后再烘干。

3.3 干喷(图4)

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形成原因1 :喷涂环境温度过高(>40 ℃)。

解决措施:降低环境温度或稀释涂料。

形成原因2 :喷涂环境相对湿度太低(<40%)。

解决措施:提高环境湿度或稀释涂料。

3.4 斑点(图5)

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形成原因1 :基材表面存在污染物。

解决措施:加强基材表面清理工作,确保将油污、探伤液及其它污染物清理干净。

形成原因2 :喷涂材料中混有油脂。

解决措施:切换水性涂料前,应对使用溶剂型涂料的调漆桶、喷涂设备及管路系统进行彻底清洗。

建议先用溶解性强的环氧漆稀释剂或聚氨酯漆稀释剂浸泡1 h 以上,然后再清洗喷漆机及管路系统,最后再用清洁自来水冲洗,直至清洗水无色、无明显油花。

3.5 油漆脱落

形成原因1:基材表面的油污等杂质未清理干净。

解决措施:加强基材表面清理工作,确保将油污、探伤液及其它污染物清理干净。

形成原因2:喷涂时温度过低或者相对湿度过高。

解决措施:根据环境温度和湿度情况,增加表面预热、喷漆室送热风(12 ℃以上)、烘干等操作。

4 结语

通过对水性涂料性能特点及施工工艺的研究,提出了处理涂膜缺陷的方法,通过制定适合铁路货车水性涂料施工的工艺规范,有效解决了铁路货车用水性涂料施工工艺技术尚不成熟的难题,为水性涂料在铁路货车上的全面推广应用、实现绿色制造奠定技术和理论基础。

文章发表于《上海涂料》2019年06期

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