我国铁路涂料特点分析
本文导读：随着时代的进步，铁路客车对外观装饰的美感要求越来越高，涂装合适的配套涂层已成为满足这一需求的首要选择。其中既包括部分内饰件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客车和机车外部所用的具有装饰效果的面漆。这些装饰涂层不但能提供所需的色彩和光泽度，而且还能通过其耐沾污性等功能进一步提升装饰效果。
内容提示：随着时代的进步，铁路客车对外观装饰的美感要求越来越高，涂装合适的配套涂层已成为满足这一需求的首要选择。其中既包括部分内饰件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客车和机车外部所用的具有装饰效果的面漆。这些装饰涂层不但能提供所需的色彩和光泽度，而且还能通过其耐沾污性等功能进一步提升装饰效果。
涂料已成为铁路行业不可或缺的配套产品。铁路行业对涂料品种的需求包括：铁路车辆所需的保护及装饰用涂料；车站建设所需的防腐涂料及建筑装饰涂料；铁路桥梁建设所需的桥梁保护涂料以及路基建设所需的防水涂料等，其他如电气化铁路中的输电铁塔、接触网以及各种金属机具也有部分需要涂装。
铁路被形象地称为“钢铁长城”，但长期以来这条“长城”一直受到钢铁腐蚀的侵扰。美国1955 年国内生产总值(GDP)为 4 148 亿美元，而当年铁路金属腐蚀的直接损失就达4 亿美元，其中又以铁路车辆的腐蚀为主，直接损失为2.8 亿美元(货车2.2 亿美元，客车6 000 万美元)，因此铁路行业对防腐蚀有最直接的需求。多年来，除了耐腐蚀合金材料的替代，涂层保护和电化学保护也起到了非常重要的作用，其中防腐涂料以其价格相对低廉、安全、方便等优势已成为现代铁路装备一道必不可少的保护环节。
随着时代的进步，铁路客车对外观装饰的美感要求越来越高，涂装合适的配套涂层已成为满足这一需求的首要选择。其中既包括部分内饰件所用的粉末涂料和塑料涂料等，也包括新一代客车和机车外部所用的具有装饰效果的面漆。这些装饰涂层不但能提供所需的色彩和光泽度，而且还能通过其耐沾污性等功能进一步提升装饰效果。
此外，某些特种涂料还可以为铁路装备提供减振阻尼、隔音、防污闪、防滑以及标志等功能。
总体上，铁路用涂料有如下特点：(1) 很好的耐候性和防腐蚀性；(2) 优良的物理机械强度和耐化学性，如抗冲击强度、耐磨性、漆膜硬度、附着力、耐水性、耐油性、遮盖力等；(3) 与时俱进的装饰性和环保性；(4) 维护方便、干燥速度较快、配套货源广、价格适中。
铁路车辆对涂料保护有着最直接的需求。铁路车辆大体上可分为机车、客车和货车3 大类，机车和客车主要经受的是大气腐蚀，而罐车、敞车、棚车、保温车等货车除受到大气腐蚀外还要受到酸、碱、盐类等化学腐蚀。
在我国，20 世纪50 年代前铁路车辆涂料基本上只使用油性调和漆和油性红丹防锈漆；60 年代起，随着高分子化学工业和石油化学工业的发展，性能更优良的合成树脂涂料进入这一领域，但主要是普通的酚醛和醇酸涂料；70年代后，环氧聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸改性醇酸涂料等开始得到应用；80 年代后期，厚浆型涂料、无机富锌涂料以及水性涂料等产品也逐步在铁路车辆领域得到了应用。近年来，铁路车辆用涂料无论是涂料档次还是涂装工艺水平都有了较大的提高。底漆由酚醛、醇酸铁红或磁化铁防锈漆改为环氧酯磷酸锌或铬酸锌底漆，腻子由酯胶、石膏腻子改为环氧酯或不饱和聚酯腻子，面漆则由丙烯酸改性醇酸、脂肪族聚氨酯替代了大部分普通醇酸漆。
2001 年底，铁道部运输局装备部要求从2002 年下半年开始，新造客车全部采用双组分涂料，特别是面漆，目的是提高客车涂料的装饰性和耐久性，力争取消段修面漆重涂。货车用厚浆醇酸漆自20 世纪90 年代起获得全面推广后，目前已有新的环氧体系甚至水性体系的应用。在涂装工艺方面，新造车辆已广泛使用钢材喷砂(抛丸)预处理技术和磷化方法，并使用车间底漆作工序间防锈，许多现代化工厂引进了喷涂机械手，提高了作业效率，使涂装质量有了大幅度的提高。这些技术进步再加上车体钢结构大量采用了耐候钢(Corten 钢，由于钢材含有0.2%～0.4%的Cu和约0.07%的P，因此其耐腐蚀性相对低碳钢有很大改善)，使车辆使用寿命大幅度延长，其中客车的厂修期已由4～5a 延长到6～8 a，货车的厂修期由6 a 左右延长到8～10 a。
5 铁路机车和客车用涂料铁路用动力机车有3 大类，其对腐蚀保护的需求有所不同。最初使用的蒸汽机车已于20 世纪80 年末期停止生产，目前已基本被淘汰，这种机车的主要问题是水箱内的腐蚀，尤其是焊缝腐蚀可造成大量漏水。内燃机车是目前我国铁路的主要牵引动力，其车体部分钢结构的腐蚀状况大体上和客车相同，主要的腐蚀破坏在于水冷系统，除水溶液腐蚀外，由于有铝泵、铜管、钢管的互相连接，因此还存在着电偶腐蚀。内燃机车中的一个重要的腐蚀形态是柴油机气缸套及机体的空穴腐蚀。电力机车已在我国大量使用，并正在成为我国铁路主要的牵引动力。在采用硅整流后，新型电力机车不再存在水冷系统的腐蚀问题，但电气化铁道中的腐蚀问题仍相当严重：在潮湿酸雨地区输电导线(接触网)要受到腐蚀、磨蚀和电火花烧蚀的协同损伤，吊弦线在潮湿地区的使用寿命仅为1～2 a，而在干燥地区可达4～5 a，输电塔(站区为铁塔，线路上采用混凝工构__件)的腐蚀特性类似铁路钢桥。
我国引进的时速200～300 km/h 动车技术及此后自主开发的高铁技术所用动力机车均使用电力驱动，靠机车顶部的受电弓将高压接触网提供的电能传入机车内部，驱动电动机转换为动能。但与传统电力机车采用单一机车牵引不同，动车组一般整列编组为8～16 节，这些车厢除了首尾两节具备动力以外，其余车厢都能够不同程度地提供动力(或辅助动力)，相当于使用多台机车同时推动一列火车前行。这些新型机车(客车)所用涂料主要是国外品牌，其中只有部分配套涂料实现了国产化。其车体主要为铝合金材质，采用无气喷涂和空气喷涂进行涂装，典型的涂料体系包括：双组分环氧底漆、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体分环氧厚浆涂料等。
目前铁路客车和机车的涂装体系一般为：表面处理加车间底漆，防锈底漆1～2 道，腻子3～5 道，中间涂层1道，面漆2 道(分色则增加1～2 道)，墙板内侧还需在底漆之上加涂1 道阻尼涂料或重防腐涂料。
5.1 防腐涂料体系5.1.1 车间底漆铁路车辆钢板采用喷(抛)丸预处理后(厚度≤5 mm 的薄板多采用磷化前处理工艺)，通常需涂覆车间底漆(预涂底漆)进行工序间防锈。主要的车间底漆品种有无机富锌类、丙烯酸类、环氧类、环氧酯类和聚乙烯醇缩丁醛类(磷化底漆类)。车间底漆涂膜过厚会影响焊接质量，过薄则防锈性能下降。
5.1.2 防锈底漆铁路车辆用防锈底漆的主要特点是用量大，且要求寿命较长，应能维持至少一个厂修期。考虑到车辆的使用条件比较严酷，实际使用中表面涂膜必定存在损伤，避免涂膜破损处的锈蚀扩展是防止钢结构早期失效的基本要求，因此其防锈底漆要求耐中性盐雾试验通过500 h(划痕板)。
目前主要使用的底漆品种有无机富锌底漆、环氧富锌底漆、醇酸底漆、酚醛防锈底漆、环氧酯防锈底漆、双组分环氧底漆和环氧聚氨酯底漆等。防锈底漆主要使用的颜料为氧化铁类(包括氧化铁红、铁棕、铁黑、铁黄等)，防锈颜料主要为磷酸锌、铬酸锌、三聚磷酸铝等，而红丹由于环保问题目前已基本停用。
5.1.3 腻子为了改善车体表面的平整度和外观质量，铁路客车和机车制造过程中大量使用了腻子。过去由于车体的成型工艺问题，一节客车车厢的腻子用量甚至达到1 t，此后随着车体制造工艺的改进，特别是由于采用了整体蒙皮张拉技术，使表面平整度大幅提高，单节客车的腻子用量仍在__ 200 kg 左右。目前已基本停用石膏类和酚醛、酯胶等腻子品种，而主要使用环氧酯和不饱和聚酯(原子灰)腻子。
5.1.4 中间涂层中间涂层的作用是增加底漆(或腻子膜)与面漆之间的附着力，并改善面漆的外观丰满度和质感。与面漆相比，通常中间涂层的颜料组分相对较高，这样可填补微小的缺陷，用在对外观要求较高的场合效果显著。中间涂层的主要品种包括双组分环氧类或聚氨酯类。
5.1.5 面漆面漆主要起到装饰和进一步保护的功能。20 世纪90年代后，铁路机车和客车主要使用的面漆品种从中长油醇酸磁漆发展到丙烯酸改性醇酸磁漆，典型的涂装体系为环氧酯类底漆+环氧酯腻子+丙烯酸改性醇酸磁漆(通常不使用中涂层)，但实际使用中，这种涂装体系由于面漆漆膜硬度较低，耐老化性能不好，相当一部分车辆在运用一年半的时间内已开始出现粉化、褪色及起泡、脱落等现象。因此，铁路系统自本世纪初开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、抗划伤性、外观装饰性等方面性能明显优于醇酸类产品。
近年来，也有部分客车采用了氟碳面漆，由于具有高键能的C—F 键，氟碳面漆的耐老化性和抗污性均优于聚氨酯类面漆，特别是其具有的自洁性能可明显改善车辆外观状况。此外，有机硅面漆和硅氧烷面漆也在铁路车辆中得到了一定的应用。
5.2 功能型涂料体系5.2.1 阻尼涂料车辆运动属机械振动，直接产生噪声。国家标准GB3450—2006《铁道机车和动车组司机室噪声限值及测量方法》和GB 12816—2006《铁道客车内部噪声限值及测量方法》中，对机车司机室以及客车的软卧硬卧、软座硬座乃至餐车、厨房、办公室、配电室等各部位作出了明确的噪声规定，如机车和动车组司机室内部噪声应≤78 dB。
除了从结构、设计上考虑及增强密封等降低车辆噪声的措施外，在车体内部使用阻尼涂料是铁路车辆降低噪声另一个重要方法。如从德国进口的软卧、软座客车，墙板内侧钢板表面除了有专用的防锈涂层外，沥青层阻尼涂料的厚度达5 mm 以上(基板厚度仅2 mm)。
目前，我国铁路机车和客车已大量应用了阻尼涂料，有效减小了振动和降低了噪音，其中铁路机车用阻尼涂料的性能要求高于铁路客车。机车上主要使用以各类乳液为成膜物的水性涂料，其中包括聚醋酸乙烯、苯丙、纯丙乳液及乳化橡胶等；客车上多使用以沥青为主的涂料，除阻尼性能外，多数还具有防腐蚀功能，主要品种有水乳化沥青浆、橡胶沥青浆和水溶性聚氨酯阻尼涂料等。
5.2.2 RTV 防污闪涂料电力机车车顶设备中所采用的绝缘子分为硅橡胶复合绝缘子和瓷绝缘子两大类，其中又以瓷绝缘子为主，如主绝缘子、电流互感器绝缘子、电压互感器绝缘子、避雷器绝缘子等。这些设备污闪事故时有发生，特别是在环境污染严重的地区，污闪事故严重影响着机车的运行。绝缘子发生污闪的原因之一是其表面的湿润，瓷是亲水性材料，污物本身也吸收水分，水使污物中的电解质电离并在材料表面形成导电水膜，增大了外绝缘的表面电导率，最后导致放电。在绝缘子表面喷涂具有憎水绝缘性能的RTV(室温硫化硅橡胶)防污闪涂料可有效地解决这一问题。
室温硫化硅橡胶具有优良的热稳定性、电绝缘性、耐候性、耐臭氧和透气性，无毒无味，其最显著的特点是室温下无须加热、加压即可固化，使用很方便。RTV 涂料防污的主要机理是利用其憎水性和憎水迁移性，它首先使亲水性的瓷表面变为憎水性的涂层表面，而污物落至表面后又利用涂层本身所独具的憎水迁移作用将憎水性迁移到污物表面，使绝缘子表面的污层也具有一定的憎水性能，其结果是使绝缘子表面保持较高的污层电阻，限制了泄漏电流的发展，防止绝缘子表面产生污闪。
5.2.3 防滑涂料机车用防滑涂料是涂覆于机车外顶部的一种专用涂料，主要是为了保障机车维修人员检修时行走安全，除具有防腐和防滑性能外，还要求其耐介质性和抗高电压击穿性好。一般采用丙烯酸树脂等为基料，配以粒径小、能提高漆膜致密性且不易导电的颜填料，如硫酸钡和高岭土等，防滑砂粒材料一般选择1～2 mm 的干燥河砂。
