我國鐵路涂料特點分析
本文導讀：隨著時代的進步，鐵路客車對外觀裝飾的美感要求越來越高，涂裝合適的配套涂層已成為滿足這一需求的首要選擇。其中既包括部分內飾件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客車和機車外部所用的具有裝飾效果的面漆。這些裝飾涂層不但能提供所需的色彩和光澤度，而且還能通過其耐沾污性等功能進一步提升裝飾效果。
內容提示：隨著時代的進步，鐵路客車對外觀裝飾的美感要求越來越高，涂裝合適的配套涂層已成為滿足這一需求的首要選擇。其中既包括部分內飾件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客車和機車外部所用的具有裝飾效果的面漆。這些裝飾涂層不但能提供所需的色彩和光澤度，而且還能通過其耐沾污性等功能進一步提升裝飾效果。
涂料已成為鐵路行業不可或缺的配套產品。鐵路行業對涂料品種的需求包括：鐵路車輛所需的保護及裝飾用涂料；車站建設所需的防腐涂料及建筑裝飾涂料；鐵路橋梁建設所需的橋梁保護涂料以及路基建設所需的防水涂料等，其他如電氣化鐵路中的輸電鐵塔、接觸網以及各種金屬機具也有部分需要涂裝。
鐵路被形象地稱為“鋼鐵長城”，但長期以來這條“長城”一直受到鋼鐵腐蝕的侵擾。美國1955 年國內生產總值(GDP)為 4 148 億美元，而當年鐵路金屬腐蝕的直接損失就達4 億美元，其中又以鐵路車輛的腐蝕為主，直接損失為2.8 億美元(貨車2.2 億美元，客車6 000 萬美元)，因此鐵路行業對防腐蝕有最直接的需求。多年來，除了耐腐蝕合金材料的替代，涂層保護和電化學保護也起到了非常重要的作用，其中防腐涂料以其價格相對低廉、安全、方便等優勢已成為現代鐵路裝備一道必不可少的保護環節。
隨著時代的進步，鐵路客車對外觀裝飾的美感要求越來越高，涂裝合適的配套涂層已成為滿足這一需求的首要選擇。其中既包括部分內飾件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客車和機車外部所用的具有裝飾效果的面漆。這些裝飾涂層不但能提供所需的色彩和光澤度，而且還能通過其耐沾污性等功能進一步提升裝飾效果。
此外，某些特種涂料還可以為鐵路裝備提供減振阻尼、隔音、防污閃、防滑以及標志等功能。
總體上，鐵路用涂料有如下特點：(1) 很好的耐候性和防腐蝕性；(2) 優良的物理機械強度和耐化學性，如抗沖擊強度、耐磨性、漆膜硬度、附著力、耐水性、耐油性、遮蓋力等；(3) 與時俱進的裝飾性和環保性；(4) 維護方便、干燥速度較快、配套貨源廣、價格適中。
鐵路車輛對涂料保護有著最直接的需求。鐵路車輛大體上可分為機車、客車和貨車3 大類，機車和客車主要經受的是大氣腐蝕，而罐車、敞車、棚車、保溫車等貨車除受到大氣腐蝕外還要受到酸、堿、鹽類等化學腐蝕。
在我國，20 世紀50 年代前鐵路車輛涂料基本上只使用油性調和漆和油性紅丹防銹漆；60 年代起，隨著高分子化學工業和石油化學工業的發展，性能更優良的合成樹脂涂料進入這一領域，但主要是普通的酚醛和醇酸涂料；70年代后，環氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸改性醇酸涂料等開始得到應用；80 年代后期，厚漿型涂料、無機富鋅涂料以及水性涂料等產品也逐步在鐵路車輛領域得到了應用。近年來，鐵路車輛用涂料無論是涂料檔次還是涂裝工藝水平都有了較大的提高。底漆由酚醛、醇酸鐵紅或磁化鐵防銹漆改為環氧酯磷酸鋅或鉻酸鋅底漆，膩子由酯膠、石膏膩子改為環氧酯或不飽和聚酯膩子，面漆則由丙烯酸改性醇酸、脂肪族聚氨酯替代了大部分普通醇酸漆。
2001 年底，鐵道部運輸局裝備部要求從2002 年下半年開始，新造客車全部采用雙組分涂料，特別是面漆，目的是提高客車涂料的裝飾性和耐久性，力爭取消段修面漆重涂。貨車用厚漿醇酸漆自20 世紀90 年代起獲得全面推廣后，目前已有新的環氧體系甚至水性體系的應用。在涂裝工藝方面，新造車輛已廣泛使用鋼材噴砂(拋丸)預處理技術和磷化方法，并使用車間底漆作工序間防銹，許多現代化工廠引進了噴涂機械手，提高了作業效率，使涂裝質量有了大幅度的提高。這些技術進步再加上車體鋼結構大量采用了耐候鋼(Corten 鋼，由于鋼材含有0.2%～0.4%的Cu和約0.07%的P，因此其耐腐蝕性相對低碳鋼有很大改善)，使車輛使用壽命大幅度延長，其中客車的廠修期已由4～5a 延長到6～8 a，貨車的廠修期由6 a 左右延長到8～10 a。
5 鐵路機車和客車用涂料鐵路用動力機車有3 大類，其對腐蝕保護的需求有所不同。最初使用的蒸汽機車已于20 世紀80 年末期停止生產，目前已基本被淘汰，這種機車的主要問題是水箱內的腐蝕，尤其是焊縫腐蝕可造成大量漏水。內燃機車是目前我國鐵路的主要牽引動力，其車體部分鋼結構的腐蝕狀況大體上和客車相同，主要的腐蝕破壞在于水冷系統，除水溶液腐蝕外，由于有鋁泵、銅管、鋼管的互相連接，因此還存在著電偶腐蝕。內燃機車中的一個重要的腐蝕形態是柴油機氣缸套及機體的空穴腐蝕。電力機車已在我國大量使用，并正在成為我國鐵路主要的牽引動力。在采用硅整流后，新型電力機車不再存在水冷系統的腐蝕問題，但電氣化鐵道中的腐蝕問題仍相當嚴重：在潮濕酸雨地區輸電導線(接觸網)要受到腐蝕、磨蝕和電火花燒蝕的協同損傷，吊弦線在潮濕地區的使用壽命僅為1～2 a，而在干燥地區可達4～5 a，輸電塔(站區為鐵塔，線路上采用混凝工構__件)的腐蝕特性類似鐵路鋼橋。
我國引進的時速200～300 km/h 動車技術及此后自主開發的高鐵技術所用動力機車均使用電力驅動，靠機車頂部的受電弓將高壓接觸網提供的電能傳入機車內部，驅動電動機轉換為動能。但與傳統電力機車采用單一機車牽引不同，動車組一般整列編組為8～16 節，這些車廂除了首尾兩節具備動力以外，其余車廂都能夠不同程度地提供動力(或輔助動力)，相當于使用多臺機車同時推動一列火車前行。這些新型機車(客車)所用涂料主要是國外品牌，其中只有部分配套涂料實現了國產化。其車體主要為鋁合金材質，采用無氣噴涂和空氣噴涂進行涂裝，典型的涂料體系包括：雙組分環氧底漆、聚氨酯中涂漆、聚氨酯高光面漆以及高黏度阻尼涂料和高固體分環氧厚漿涂料等。
目前鐵路客車和機車的涂裝體系一般為：表面處理加車間底漆，防銹底漆1～2 道，膩子3～5 道，中間涂層1道，面漆2 道(分色則增加1～2 道)，墻板內側還需在底漆之上加涂1 道阻尼涂料或重防腐涂料。
5.1 防腐涂料體系5.1.1 車間底漆鐵路車輛鋼板采用噴(拋)丸預處理后(厚度≤5 mm 的薄板多采用磷化前處理工藝)，通常需涂覆車間底漆(預涂底漆)進行工序間防銹。主要的車間底漆品種有無機富鋅類、丙烯酸類、環氧類、環氧酯類和聚乙烯醇縮丁醛類(磷化底漆類)。車間底漆涂膜過厚會影響焊接質量，過薄則防銹性能下降。
5.1.2 防銹底漆鐵路車輛用防銹底漆的主要特點是用量大，且要求壽命較長，應能維持至少一個廠修期。考慮到車輛的使用條件比較嚴酷，實際使用中表面涂膜必定存在損傷，避免涂膜破損處的銹蝕擴展是防止鋼結構早期失效的基本要求，因此其防銹底漆要求耐中性鹽霧試驗通過500 h(劃痕板)。
目前主要使用的底漆品種有無機富鋅底漆、環氧富鋅底漆、醇酸底漆、酚醛防銹底漆、環氧酯防銹底漆、雙組分環氧底漆和環氧聚氨酯底漆等。防銹底漆主要使用的顏料為氧化鐵類(包括氧化鐵紅、鐵棕、鐵黑、鐵黃等)，防銹顏料主要為磷酸鋅、鉻酸鋅、三聚磷酸鋁等，而紅丹由于環保問題目前已基本停用。
5.1.3 膩子為了改善車體表面的平整度和外觀質量，鐵路客車和機車制造過程中大量使用了膩子。過去由于車體的成型工藝問題，一節客車車廂的膩子用量甚至達到1 t，此后隨著車體制造工藝的改進，特別是由于采用了整體蒙皮張拉技術，使表面平整度大幅提高，單節客車的膩子用量仍在__ 200 kg 左右。目前已基本停用石膏類和酚醛、酯膠等膩子品種，而主要使用環氧酯和不飽和聚酯(原子灰)膩子。
5.1.4 中間涂層中間涂層的作用是增加底漆(或膩子膜)與面漆之間的附著力，并改善面漆的外觀豐滿度和質感。與面漆相比，通常中間涂層的顏料組分相對較高，這樣可填補微小的缺陷，用在對外觀要求較高的場合效果顯著。中間涂層的主要品種包括雙組分環氧類或聚氨酯類。
5.1.5 面漆面漆主要起到裝飾和進一步保護的功能。20 世紀90年代后，鐵路機車和客車主要使用的面漆品種從中長油醇酸磁漆發展到丙烯酸改性醇酸磁漆，典型的涂裝體系為環氧酯類底漆+環氧酯膩子+丙烯酸改性醇酸磁漆(通常不使用中涂層)，但實際使用中，這種涂裝體系由于面漆漆膜硬度較低，耐老化性能不好，相當一部分車輛在運用一年半的時間內已開始出現粉化、褪色及起泡、脫落等現象。因此，鐵路系統自本世紀初開始全面推行聚氨酯面漆。脂肪族丙烯酸聚氨酯面漆在保光、保色、抗粉化性以及硬度、抗劃傷性、外觀裝飾性等方面性能明顯優于醇酸類產品。
近年來，也有部分客車采用了氟碳面漆，由于具有高鍵能的C—F 鍵，氟碳面漆的耐老化性和抗污性均優于聚氨酯類面漆，特別是其具有的自潔性能可明顯改善車輛外觀狀況。此外，有機硅面漆和硅氧烷面漆也在鐵路車輛中得到了一定的應用。
5.2 功能型涂料體系5.2.1 阻尼涂料車輛運動屬機械振動，直接產生噪聲。國家標準GB3450—2006《鐵道機車和動車組司機室噪聲限值及測量方法》和GB 12816—2006《鐵道客車內部噪聲限值及測量方法》中，對機車司機室以及客車的軟臥硬臥、軟座硬座乃至餐車、廚房、辦公室、配電室等各部位作出了明確的噪聲規定，如機車和動車組司機室內部噪聲應≤78 dB。
除了從結構、設計上考慮及增強密封等降低車輛噪聲的措施外，在車體內部使用阻尼涂料是鐵路車輛降低噪聲另一個重要方法。如從德國進口的軟臥、軟座客車，墻板內側鋼板表面除了有專用的防銹涂層外，瀝青層阻尼涂料的厚度達5 mm 以上(基板厚度僅2 mm)。
目前，我國鐵路機車和客車已大量應用了阻尼涂料，有效減小了振動和降低了噪音，其中鐵路機車用阻尼涂料的性能要求高于鐵路客車。機車上主要使用以各類乳液為成膜物的水性涂料，其中包括聚醋酸乙烯、苯丙、純丙乳液及乳化橡膠等；客車上多使用以瀝青為主的涂料，除阻尼性能外，多數還具有防腐蝕功能，主要品種有水乳化瀝青漿、橡膠瀝青漿和水溶性聚氨酯阻尼涂料等。
5.2.2 RTV 防污閃涂料電力機車車頂設備中所采用的絕緣子分為硅橡膠復合絕緣子和瓷絕緣子兩大類，其中又以瓷絕緣子為主，如主絕緣子、電流互感器絕緣子、電壓互感器絕緣子、避雷器絕緣子等。這些設備污閃事故時有發生，特別是在環境污染嚴重的地區，污閃事故嚴重影響著機車的運行。絕緣子發生污閃的原因之一是其表面的濕潤，瓷是親水性材料，污物本身也吸收水分，水使污物中的電解質電離并在材料表面形成導電水膜，增大了外絕緣的表面電導率，最后導致放電。在絕緣子表面噴涂具有憎水絕緣性能的RTV(室溫硫化硅橡膠)防污閃涂料可有效地解決這一問題。
室溫硫化硅橡膠具有優良的熱穩定性、電絕緣性、耐候性、耐臭氧和透氣性，無毒無味，其最顯著的特點是室溫下無須加熱、加壓即可固化，使用很方便。RTV 涂料防污的主要機理是利用其憎水性和憎水遷移性，它首先使親水性的瓷表面變為憎水性的涂層表面，而污物落至表面后又利用涂層本身所獨具的憎水遷移作用將憎水性遷移到污物表面，使絕緣子表面的污層也具有一定的憎水性能，其結果是使絕緣子表面保持較高的污層電阻，限制了泄漏電流的發展，防止絕緣子表面產生污閃。
5.2.3 防滑涂料機車用防滑涂料是涂覆于機車外頂部的一種專用涂料，主要是為了保障機車維修人員檢修時行走安全，除具有防腐和防滑性能外，還要求其耐介質性和抗高電壓擊穿性好。一般采用丙烯酸樹脂等為基料，配以粒徑小、能提高漆膜致密性且不易導電的顏填料，如硫酸鋇和高嶺土等，防滑砂粒材料一般選擇1～2 mm 的干燥河砂。
