我国铁路车辆涂料发展前景分析

      内容提示：弹性涂料的基料玻璃化温度低，在常温下处于高弹态，其分子结构由线型长链大分子组成，线型大分子间存在少量交联键，其中链段在常温下能够移动或转动，   是柔顺无规则的线团结构。机车用弹性涂料主要包括弹性环氧改性不饱和聚酯腻子、弹性环氧面漆和弹性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆等。

      随着铁路车辆运行时速的不断提高以及环保法规要求的日趋严格，铁路车辆涂料正向着高性能、环保性方向发展，其中包括为适应高速运行列车防石击而开发弹性涂料和弹性腻子；为适应环保需求而开发环保型涂料；为提高车辆使用寿命和改善装饰性而开发高性能面漆产品(如氟碳涂料、高性能聚氨酯涂料等)；为减轻车体质量而开发高附着力底漆(可减小腻子用量)等。

      2012-2016年中国汽车涂料市场深度调查及投资前景研究报告

      1 弹性涂料体系：我国高速机车产品在试运行阶段，曾发现车身漆膜起泡、开裂；车头、底架、转向架等部位漆膜被碎石击破等现象，这不仅影响了机车的外观质量，而且将缩短使用寿命。通过引入弹性涂料体系可解决这类问题。

      高速机车外表面一般使用环氧树脂底漆+不饱和聚酯腻子+聚氨酯中涂+聚氨酯高光面漆的涂料体系。为降低机车自重，高速机车车体用板材往往比普通机车薄，导致车体不平整度增加，造成了机车外墙局部腻子层厚度远远大于普通机车，甚至达到6～8 mm。在车速提高后，卷起的碎石增多，撞击力变大，对涂层的破坏力增强。日本“新干线”列车是采用弹性腻子材料解决这一问题的，而德国西门子机车在底架、排障器、转向架部位采用了厚涂型弹性环氧面漆或弹性聚氨酯面漆，漆膜厚度达到140 μm 以上，有效减缓了冲击破坏力。

      弹性涂料的基料玻璃化温度低，在常温下处于高弹态，其分子结构由线型长链大分子组成，线型大分子间存在少量交联键，其中链段在常温下能够移动或转动，是柔顺无规则的线团结构。机车用弹性涂料主要包括弹性环氧改性不饱和聚酯腻子、弹性环氧面漆和弹性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆等。

      弹性环氧改性不饱和聚酯腻子可采用添加乙烯基树脂以及添加柔性环氧酯树脂等方法改进不饱和聚酯的弹性。

      弹性环氧面漆一般采用双酚A 型缩水甘油醚环氧树脂，因其分子结构中含芳环而有一定的硬度，又因含有醚键便于分子链的旋转而具有弹性；而固化剂主要选择韧性好的聚酰胺类，聚酰胺树脂分子结构中含有较长的碳链和极性基团，具有很好的弹性和附着力。

      弹性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆属于厚浆型涂料，其聚酯树脂单体选用不规整的、相对分子质量大的多元醇时制得的树脂弹性大，而采用长链脂肪酸取代短链脂肪酸也可提高弹性；羟基丙烯酸树脂通过选择合适的活性基团也可提高弹性；氨酯键可以形成氢键，在外力作用下，氢键可分离而吸收外来的能量，当外力除去后又可重新再形成氢键，因此使聚氨酯漆膜具有柔韧性。

      机车和客车车体外墙弹性涂料体系一般为环氧改性聚氨酯底漆+弹性环氧改性不饱和聚酯腻子+聚氨酯中涂漆+丙烯酸聚氨酯面漆，底架、转向架和排障器弹性涂料体系一般为环氧改性聚氨酯底漆+弹性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆(总涂层厚度在200 μm 以上)。

      施工方面，弹性环氧改性不饱和聚酯腻子可厚涂、触变性好、不易垂流，弹性聚酯改性丙烯酸聚氨酯面漆施工黏度大，需用高压无气喷涂机，采用“湿碰湿”喷涂工艺涂装。

      2 环保型涂料体系：目前我国铁路车辆用涂料绝大部分是溶剂型涂料，其排放的VOC 会对环境造成污染，如铁路货车目前广泛应用的溶剂型厚浆醇酸漆，虽然其不挥发物含量通常达到65%以上，但实际的VOC 排放量仍达400～500 g/L，而一些铁路机车和客车面漆的VOC 排放量则更高。国际上对于涂料的污染问题从标准和法规方面早有推动。从1990 年起，欧洲和北美开始大量在工业领域使用水性涂料，并逐渐完善了相应的法规和标准体系，目前美国对工业涂料行业VOC 排放的限制为1.8～3.5 lb/gal，每个工厂每年不超过50 t；欧盟对工业涂料VOC 含量限制为250～540 g/L(根据涂料种类划分)。因此，水性涂料、高固体分涂料、粉末涂料等环保型涂料产品在铁路车辆中的应用已成为未来发展大趋势。

      20 世纪80 年代起，德国开始将水性醇酸、乳液型涂料、双组分水性环氧底漆等水性涂料用于铁路车辆。进入21 世纪后，欧美地区在铁路客车和货车领域的水性涂料体系应用非常普遍，如单组分单涂层厚涂型水性丙烯酸涂料、水性双组分环氧底漆+水性单组分丙烯酸面漆、水性双组分环氧底漆+水性双组分聚氨酯面漆等。

      我国在这一领域起步于20 世纪80 年代，1994 年四方车辆集团和大连油漆厂研制的水溶型货车用厚浆醇酸漆产品通过了中车集团的鉴定，该产品对环境污染小、不燃，但在冬季施工难度较大、价格较高，未能实现全面推广。

      美国威士伯公司(Valspar)2008 年起向我国铁路系统推出了铁路货车用水性防腐涂料AQUAGUARD P107，其挥发物含量仅为1.9%以下，即VOC 含量＜60 g/L，而耐盐雾性能可达1 000 h。

      目前已开始在我国应用于铁路车辆制造业的水性涂料包括广泛用于墙板内侧表面的乳液型水性阻尼涂料以及用于防锈层的水性无机富锌底漆、车辆零部件用水性防锈漆等。典型的铁路车辆水性涂料体系为：双组分水性环氧底漆+腻子+双组分水性环氧底漆+双组分水性聚氨酯面漆，而目前部分替代溶剂型涂层更为实际，如采用双组分水性环氧底漆+溶剂型聚氨酯中间层+溶剂型面漆等。

      无溶剂高固体分涂料也属于环保型涂料。无溶剂涂料一次喷涂即可达到所需干膜厚度，其比高固体分涂料的抗化学品性能更好，而抗冲击性和柔韧性则较差。传统的无溶剂环氧涂料黏度高、施工困难，湿膜厚度需大于254～318 μm 才能获得合理的涂膜外观和表面润湿，而目前的新型低黏度环氧树脂及低黏度固化剂能配制127～178μm 涂膜厚度、同时又能保持出色流动性和膜层外观的无溶剂涂层体系。无溶剂体系一般需要采用加热多组分喷涂设备完成涂装，因此成本和施工要求较高。

      高固体分涂料固含量达65%～85%，甚至可以达到90%，因此VOC 排放量可控制在240～360 g/L 甚至更低，而且它能为铁路车辆提供性能和工艺的最佳平衡，涂装效率高，喷涂设备无需作重大改变，因此在铁路车辆领域具有很好的发展前景。