隨著國家對環(huán)保要求的日益提高，應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的水性涂層技術(shù)日益發(fā)展，其主要涉及到3種防腐要求： 1）應(yīng)用于鋼橋體系的環(huán)氧富鋅防銹底漆和高鐵動車轉(zhuǎn)向架底面合一涂層，防腐要求均為1 000 h；2）應(yīng)用于高鐵動車與25型客車的重防腐底漆防腐要求均為720 h； 3）應(yīng)用于機(jī)車和25型客車普通防腐要求均為500 h。為了更進(jìn)一步提升產(chǎn)品的防腐能力，同時確保復(fù)合涂層的黏結(jié)力、耐久性、韌性，本文嘗試將碳納米管材料引入水性防腐涂料層以達(dá)到預(yù)期效果。

    碳納米管又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，碳納米管中碳原子以sp雜化為主，同時六角型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存在一定程度的彎曲，形成空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中可形成一定的sp雜化鍵，形成的化學(xué)鍵具有sp和sp混合雜化狀態(tài)，而這些p軌道彼此交疊在碳納米管石墨烯片層外形成高度離域化的大∏鍵，碳納米管外表面的大∏鍵是碳納米管與一些具有共軛性能的大分子以非共價鍵復(fù)合的化學(xué)基礎(chǔ)。在涂層中加入碳納米管賦予的強(qiáng)度改善了涂層的耐久性和耐磨性，促進(jìn)了涂層和基材間更緊密的結(jié)合，延長了涂層的使用壽命，增強(qiáng)了拉伸強(qiáng)度和彈性，加上碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，使得涂層能夠適應(yīng)基材的熱收縮和膨脹。碳納米管的高效導(dǎo)電性可以大幅度提高涂層的防腐性。

    1　試驗部分

    1.1　原料

    水性環(huán)氧樹脂（5522-WY-55A，美國瀚森）；水性環(huán)氧固化劑（6870-W-53，美國瀚森）；水性羥基碳納米管（TNM8：外徑為40 ~ 60 nm，長度為10 ~ 20 μm，比表面積70 ~ 80 m2/g，純度＞98%，是天然氣經(jīng)過鎳催化劑催化裂解制備而成，中科院成都分院）；2 μm改性納米硫酸鋇（奧科粉體）；分散劑（755W，迪高）；水性消泡劑（DF677，海銘斯）；水性有機(jī)膨潤土（LT，海銘斯）；防閃銹劑（ZT709，海川化工）；水合硅酸鎂（AD，海逸化學(xué)）；氣硅（R972，德固薩）；鈦白粉（CR501，錦州鈦業(yè)）；碳黑（MA-100，三菱化學(xué)）；水性防銹顏料（SX-ZH-2，雙馬新世紀(jì)）；中和劑（AMP-95，陶氏化學(xué)）；鋅粉（500目，揚(yáng)州雙盛）；助溶劑（DPM，陶氏化學(xué)）；去離子水（自制）。

    1.2　水性環(huán)氧底漆配方

    試驗設(shè)計的灰色底漆配方如表1所列。

    采用去離子水將水合硅酸鎂制成10%的漿，水性有機(jī)膨潤土制成8%的預(yù)制漿。將水性環(huán)氧固化劑加入試驗缸中，采用去離子水將水性分散劑、水性消泡劑、水性中和劑、水性防閃銹劑等量稀釋加入試驗缸中，采用400 ~ 500 r/min邊攪拌邊加入鈦白粉、碳黑、納米硫酸鋇、10%水合硅酸鎂漿、8%水性有機(jī)膨潤土漿、氣硅、助溶劑、水性防銹顏料、水性碳納米管，采用600 ~ 800 r/min分散25 ~ 30 min后研磨至細(xì)度為30 μm，配方2、4、5噴板時添加鋅粉，過程中視黏度需求及時補(bǔ)加去離子水。

    1.3　性能檢測

    1.3.1　樣板制備

    將配方1 ~ 5分別與水性環(huán)氧樹脂按4 ∶ 1進(jìn)行噴板，耐鹽霧測試板的涂膜厚度控制在（60±2） μm，耐化學(xué)性能測試板的涂膜厚度控制在（60±2） μm。復(fù)合層制備方法：分別采用配方1 ~ 5底漆噴涂，厚度控制在50 ~ 60 μm，80 ℃烘烤1 h，冷卻后再噴涂水性環(huán)氧云鐵中間漆；厚度控制在40 ~ 50 μm， 80 ℃烘烤1 h，冷卻后再噴涂水性丙烯酸聚氨酯面漆；厚度控制在

    60 ~ 70 μm，80 ℃烘烤1 h，所有干板在室溫條件下養(yǎng)護(hù)7 d。

    1.3.2　檢測方法

    將干板放置于室溫條件下保養(yǎng)24 h檢測涂膜物理性能，將干板放置于室溫條件下保養(yǎng)7 d后檢測型式項目，涂膜干燥時間按照 GB/T 1728—1979進(jìn)行測試，涂膜附著力按照 GB/T 5210—2006進(jìn)行測試，涂膜耐沖擊性按照GB/T 1732—1993進(jìn)行測試，涂膜柔韌性按照GB/T 1731—1993進(jìn)行測試，涂膜耐鹽霧性按照GB/T 1771—2007進(jìn)行測試，涂膜耐化學(xué)性按照GB/T 23987—2009進(jìn)行測試。所得涂膜的基本性能見表2所列。

    2　結(jié)果與討論

    1）從配方1與配方2檢測結(jié)果得出：隨著鋅粉量的增加，涂膜7 d與90 d后的附著力越來越差，同時涂膜的柔韌性、耐沖擊性隨著時間的推移而下降幅度較明顯。

    2）從配方1與配方3檢測結(jié)果得出：在體系中加入水性碳納米管材料后，使得涂膜綜合性能均有明顯提升，尤其表現(xiàn)在90 d后涂膜柔韌性及耐沖擊性方面，在對金屬防護(hù)期間不會因外界力量對涂層的破壞而降低涂層的防護(hù)能力。

    3）從配方2與配方4檢測結(jié)果得出：在水性環(huán)氧含鋅底漆中添加了1%的水性碳納米管材料后，同樣增強(qiáng)了涂膜的綜合性能，尤其表現(xiàn)在柔韌性、耐沖擊性、耐鹽霧性能方面。

    4）從配方4與配方5檢測結(jié)果得出：當(dāng)水性碳納米管材料的量達(dá)到3%時，涂膜的耐沖擊性與柔韌性進(jìn)一步提升，但耐鹽霧性卻反而下降，可能是由于過量的碳納米管使鋅粉與碳納米管之間存在電偶腐蝕的負(fù)面效應(yīng)表現(xiàn)明顯。

    3　結(jié)語

    主要介紹了水性碳納米管新型材料在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的水性防腐涂料，從5個對比試驗配方中驗證了水性環(huán)氧防腐底漆和水性環(huán)氧含鋅底漆性能，通過試驗結(jié)果表明，在水性環(huán)氧體系中添加一定量的水性碳納米管材料，可以獲得非常優(yōu)異的涂膜性能，完全可以解決環(huán)氧復(fù)合涂層后期偏脆、附著力下降的弊病，同時明顯增加了涂膜的防護(hù)能力。此技術(shù)已經(jīng)申請國家專利保護(hù)，產(chǎn)品已報送中國鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所。

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責(zé)任編輯：王元

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