我國鐵路車輛涂料發展前景分析

      內容提示：彈性涂料的基料玻璃化溫度低，在常溫下處于高彈態，其分子結構由線型長鏈大分子組成，線型大分子間存在少量交聯鍵，其中鏈段在常溫下能夠移動或轉動，   是柔順無規則的線團結構。機車用彈性涂料主要包括彈性環氧改性不飽和聚酯膩子、彈性環氧面漆和彈性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆等。

      隨著鐵路車輛運行時速的不斷提高以及環保法規要求的日趨嚴格，鐵路車輛涂料正向著高性能、環保性方向發展，其中包括為適應高速運行列車防石擊而開發彈性涂料和彈性膩子；為適應環保需求而開發環保型涂料；為提高車輛使用壽命和改善裝飾性而開發高性能面漆產品(如氟碳涂料、高性能聚氨酯涂料等)；為減輕車體質量而開發高附著力底漆(可減小膩子用量)等。

      2012-2016年中國汽車涂料市場深度調查及投資前景研究報告

      1 彈性涂料體系：我國高速機車產品在試運行階段，曾發現車身漆膜起泡、開裂；車頭、底架、轉向架等部位漆膜被碎石擊破等現象，這不僅影響了機車的外觀質量，而且將縮短使用壽命。通過引入彈性涂料體系可解決這類問題。

      高速機車外表面一般使用環氧樹脂底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂+聚氨酯高光面漆的涂料體系。為降低機車自重，高速機車車體用板材往往比普通機車薄，導致車體不平整度增加，造成了機車外墻局部膩子層厚度遠遠大于普通機車，甚至達到6～8 mm。在車速提高后，卷起的碎石增多，撞擊力變大，對涂層的破壞力增強。日本“新干線”列車是采用彈性膩子材料解決這一問題的，而德國西門子機車在底架、排障器、轉向架部位采用了厚涂型彈性環氧面漆或彈性聚氨酯面漆，漆膜厚度達到140 μm 以上，有效減緩了沖擊破壞力。

      彈性涂料的基料玻璃化溫度低，在常溫下處于高彈態，其分子結構由線型長鏈大分子組成，線型大分子間存在少量交聯鍵，其中鏈段在常溫下能夠移動或轉動，是柔順無規則的線團結構。機車用彈性涂料主要包括彈性環氧改性不飽和聚酯膩子、彈性環氧面漆和彈性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆等。

      彈性環氧改性不飽和聚酯膩子可采用添加乙烯基樹脂以及添加柔性環氧酯樹脂等方法改進不飽和聚酯的彈性。

      彈性環氧面漆一般采用雙酚A 型縮水甘油醚環氧樹脂，因其分子結構中含芳環而有一定的硬度，又因含有醚鍵便于分子鏈的旋轉而具有彈性；而固化劑主要選擇韌性好的聚酰胺類，聚酰胺樹脂分子結構中含有較長的碳鏈和極性基團，具有很好的彈性和附著力。

      彈性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆屬于厚漿型涂料，其聚酯樹脂單體選用不規整的、相對分子質量大的多元醇時制得的樹脂彈性大，而采用長鏈脂肪酸取代短鏈脂肪酸也可提高彈性；羥基丙烯酸樹脂通過選擇合適的活性基團也可提高彈性；氨酯鍵可以形成氫鍵，在外力作用下，氫鍵可分離而吸收外來的能量，當外力除去后又可重新再形成氫鍵，因此使聚氨酯漆膜具有柔韌性。

      機車和客車車體外墻彈性涂料體系一般為環氧改性聚氨酯底漆+彈性環氧改性不飽和聚酯膩子+聚氨酯中涂漆+丙烯酸聚氨酯面漆，底架、轉向架和排障器彈性涂料體系一般為環氧改性聚氨酯底漆+彈性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆(總涂層厚度在200 μm 以上)。

      施工方面，彈性環氧改性不飽和聚酯膩子可厚涂、觸變性好、不易垂流，彈性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆施工黏度大，需用高壓無氣噴涂機，采用“濕碰濕”噴涂工藝涂裝。

      2 環保型涂料體系：目前我國鐵路車輛用涂料絕大部分是溶劑型涂料，其排放的VOC 會對環境造成污染，如鐵路貨車目前廣泛應用的溶劑型厚漿醇酸漆，雖然其不揮發物含量通常達到65%以上，但實際的VOC 排放量仍達400～500 g/L，而一些鐵路機車和客車面漆的VOC 排放量則更高。國際上對于涂料的污染問題從標準和法規方面早有推動。從1990 年起，歐洲和北美開始大量在工業領域使用水性涂料，并逐漸完善了相應的法規和標準體系，目前美國對工業涂料行業VOC 排放的限制為1.8～3.5 lb/gal，每個工廠每年不超過50 t；歐盟對工業涂料VOC 含量限制為250～540 g/L(根據涂料種類劃分)。因此，水性涂料、高固體分涂料、粉末涂料等環保型涂料產品在鐵路車輛中的應用已成為未來發展大趨勢。

      20 世紀80 年代起，德國開始將水性醇酸、乳液型涂料、雙組分水性環氧底漆等水性涂料用于鐵路車輛。進入21 世紀后，歐美地區在鐵路客車和貨車領域的水性涂料體系應用非常普遍，如單組分單涂層厚涂型水性丙烯酸涂料、水性雙組分環氧底漆+水性單組分丙烯酸面漆、水性雙組分環氧底漆+水性雙組分聚氨酯面漆等。

      我國在這一領域起步于20 世紀80 年代，1994 年四方車輛集團和大連油漆廠研制的水溶型貨車用厚漿醇酸漆產品通過了中車集團的鑒定，該產品對環境污染小、不燃，但在冬季施工難度較大、價格較高，未能實現全面推廣。

      美國威士伯公司(Valspar)2008 年起向我國鐵路系統推出了鐵路貨車用水性防腐涂料AQUAGUARD P107，其揮發物含量僅為1.9%以下，即VOC 含量＜60 g/L，而耐鹽霧性能可達1 000 h。

      目前已開始在我國應用于鐵路車輛制造業的水性涂料包括廣泛用于墻板內側表面的乳液型水性阻尼涂料以及用于防銹層的水性無機富鋅底漆、車輛零部件用水性防銹漆等。典型的鐵路車輛水性涂料體系為：雙組分水性環氧底漆+膩子+雙組分水性環氧底漆+雙組分水性聚氨酯面漆，而目前部分替代溶劑型涂層更為實際，如采用雙組分水性環氧底漆+溶劑型聚氨酯中間層+溶劑型面漆等。

      無溶劑高固體分涂料也屬于環保型涂料。無溶劑涂料一次噴涂即可達到所需干膜厚度，其比高固體分涂料的抗化學品性能更好，而抗沖擊性和柔韌性則較差。傳統的無溶劑環氧涂料黏度高、施工困難，濕膜厚度需大于254～318 μm 才能獲得合理的涂膜外觀和表面潤濕，而目前的新型低黏度環氧樹脂及低黏度固化劑能配制127～178μm 涂膜厚度、同時又能保持出色流動性和膜層外觀的無溶劑涂層體系。無溶劑體系一般需要采用加熱多組分噴涂設備完成涂裝，因此成本和施工要求較高。

      高固體分涂料固含量達65%～85%，甚至可以達到90%，因此VOC 排放量可控制在240～360 g/L 甚至更低，而且它能為鐵路車輛提供性能和工藝的最佳平衡，涂裝效率高，噴涂設備無需作重大改變，因此在鐵路車輛領域具有很好的發展前景。