前動(dòng)車組外表面所用涂層體系，雖然入廠時(shí)均按照中國(guó)鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CR546.1—2016《動(dòng)車組用涂料與涂裝第1部分：車體外表面用涂料及涂層體系》中的具體要求進(jìn)行耐水性、耐熱性、耐鹽霧性、耐人工氣候老化試驗(yàn)等一系列性能測(cè)試，但動(dòng)車組在正常運(yùn)營(yíng)過程中，仍會(huì)出現(xiàn)諸如涂層脫落、鼓泡、附著力降低等問題。

當(dāng)前，動(dòng)車組用涂料僅需滿足Q/CR546.1—2016中規(guī)定的各項(xiàng)性能要求即可驗(yàn)收通過，但Q/CR546.1—2016中的內(nèi)容未能反映出車體日常運(yùn)營(yíng)過程中涂層的性能變化。國(guó)內(nèi)環(huán)境條件復(fù)雜，典型的氣候分為高紫外線照射地區(qū)、沿海地區(qū)、南方高濕熱地區(qū)、東北嚴(yán)寒地區(qū)以及夏季炎熱地區(qū)等。動(dòng)車組運(yùn)行區(qū)間的環(huán)境變化快、溫濕度跨度大。為解決此問題，需結(jié)合動(dòng)車組在國(guó)內(nèi)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，對(duì)現(xiàn)有涂層配套體系的各項(xiàng)性能變化進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。因此，本研究設(shè)計(jì)出一套實(shí)驗(yàn)方案，可以模擬動(dòng)車組在實(shí)際運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件下，涂層各項(xiàng)性能的變化情況，為后續(xù)動(dòng)車組外用涂料及涂層性能改進(jìn)提供理論和數(shù)據(jù)支撐，為中車公司動(dòng)車組選用合適的涂料產(chǎn)品提供依據(jù)，并對(duì)現(xiàn)有涂層的使用壽命進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)比較不同供貨廠家的涂料性能優(yōu)劣。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)儀器

鹽霧箱：CC1000XP，英國(guó)ASCOTT公司；加速老化儀：QUV，美國(guó)Q-panel公司；高低溫恒溫試驗(yàn)箱：WD701，上海增大環(huán)境公司；鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9075A，上海一恒科技有限公司；高低溫交變濕熱箱：ER-04KA，廣州艾斯派克公司；光澤度儀：4446，德國(guó)BYK公司；色差儀：SP62，美國(guó)愛色麗公司；便攜式拉拔儀：PosiTestAT，美國(guó)Defelsko公司。

1.2涂層配套體系

選擇現(xiàn)行的2個(gè)廠家A和B的2套和諧號(hào)涂層配套體系和2套復(fù)興號(hào)涂層配套體系進(jìn)行試驗(yàn)，參照Q/CR546.5—2016《動(dòng)車組用涂料與涂裝第5部分：表面處理》對(duì)現(xiàn)車按現(xiàn)有的施工工藝進(jìn)行噴涂施工。各涂層厚度均按Q/CR546.6—2016《動(dòng)車組用涂料與涂裝第6部分：涂裝檢查》的要求執(zhí)行。

實(shí)驗(yàn)樣板材質(zhì)為車體用鋁合金板材，涂層詳細(xì)配套體系如下：

①環(huán)氧底漆+不飽和聚酯膩?zhàn)?聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆；

②環(huán)氧底漆+不飽和聚酯膩?zhàn)?聚氨酯中涂漆+聚氨酯底色漆+清漆；

③環(huán)氧底漆+不飽和聚酯膩?zhàn)?聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆+聚氨酯分色漆；

④環(huán)氧底漆+不飽和聚酯膩?zhàn)?聚氨酯中涂漆+聚氨酯底色漆+清漆+聚氨酯分色漆+清漆。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)動(dòng)車組運(yùn)行過程中可能遇到的高紫外線照射地區(qū)、沿海地區(qū)、南方高濕熱地區(qū)、東北嚴(yán)寒地區(qū)以及夏季炎熱地區(qū)等典型性氣候，在實(shí)驗(yàn)室利用相對(duì)應(yīng)國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的經(jīng)典條件來模擬實(shí)際環(huán)境中的氣候環(huán)境，對(duì)涂層系統(tǒng)進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。具體條件如下：

耐鹽霧性按GB/T1771—2007進(jìn)行測(cè)試：鹽水濃度5%，溫度35℃，3d；耐熱性按GB/T1735—2009進(jìn)行測(cè)試：（60±2）℃，1d；耐低溫性：？（30±2）℃，1d；耐人工氣候老化性按GB/T14522—2008進(jìn)行測(cè)試，光照階段，60℃/4h，輻照度0.71W/m2，冷凝階段，50℃/4h，3d；耐濕熱性按GB/T1740—2007進(jìn)行測(cè)試：溫度47℃、相對(duì)濕度96%、3d；此為1個(gè)循環(huán)，共計(jì)20個(gè)循環(huán)。實(shí)驗(yàn)總時(shí)間：耐鹽霧性，1440h；耐熱性，480h；耐低溫性，480h；耐人工氣候老化，1440h；耐濕熱性，1440h。

涂層光澤按照GB/T9754—2007測(cè)定；涂層色差按照GB/T11186.2—1989和GB/T11186.3—1989測(cè)量和計(jì)算；涂層失光等級(jí)和色差等級(jí)評(píng)定按GB/T1766—2008進(jìn)行；涂層附著力按照GB/T5210—2006測(cè)定附著力損失率計(jì)算公式為：附著力損失率=（A0-A1）/A0×100%，式中，A0為試驗(yàn)前涂層附著力，A1為試驗(yàn)后涂層附著力。

循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)綜合考慮了國(guó)內(nèi)各種典型的氣候條件，可以很好地模擬動(dòng)車組的各種運(yùn)行環(huán)境。本文主要通過研究不同的涂層體系在循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)過程中光澤、顏色和附著力（拉開法）的變化情況，來評(píng)估動(dòng)車組涂層在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下的性能表現(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1涂層失光情況分析

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層的失光情況如圖1所示。

圖1 循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層體系的失光率

從圖1可以看出，隨著循環(huán)周期的增加，涂層失光率逐漸增大。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第8個(gè)循環(huán)時(shí)，涂層失光率在4%~8%之間，失光等級(jí)1級(jí)；實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到第16個(gè)循環(huán)時(shí)，涂層失光率在20%~25%之間，失光等級(jí)2級(jí)；到第20個(gè)循環(huán)時(shí)，失光率大于30%，失光等級(jí)為3級(jí)，由于動(dòng)車組涂層對(duì)外觀要求較高，所以一般判定為涂層失效。從圖1可以看出，廠家B的4種涂層體系在實(shí)驗(yàn)過程中整體的失光情況稍好于廠家A。

造成涂層失光的主要原因是樹脂的粉化。循環(huán)實(shí)驗(yàn)包括人工氣候老化，經(jīng)過20個(gè)循環(huán)的紫外線照射，涂層表面的樹脂結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生一系列化學(xué)鍵的斷裂，導(dǎo)致表面涂層破損，涂層變得凹凸不平并輕微粉化，進(jìn)而造成涂層失光。再加上凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合作用使得涂層的失光率不斷增大，最終導(dǎo)致涂層失效。循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，所有涂層體系的保光性能均不能滿足動(dòng)車組的要求。

2.2涂層變色情況分析

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層的變色情況如圖2所示。

圖2 循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層體系的色差

從圖2可以看出，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，涂層體系的顏色變化較小。實(shí)驗(yàn)做完第12個(gè)循環(huán)時(shí)，8個(gè)體系涂層最大色差值為1.44，變色等級(jí)0級(jí)，涂層無變色。實(shí)驗(yàn)做完第16個(gè)循環(huán)時(shí)，涂層色差值在1.96~2.77之間，變色等級(jí)1級(jí)，涂層有輕微變色。實(shí)驗(yàn)做完第20個(gè)循環(huán)時(shí)，涂層色差值在3.87~4.22之間，變色等級(jí)剛到2級(jí)，涂層輕微變色。從圖2中可以看出，廠家B的4種涂層體系在實(shí)驗(yàn)過程中整體的變色情況稍好于廠家A。

在20個(gè)周期的循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，涂層的顏色變化較小，說明涂層體系所用顏料的穩(wěn)定性較好，耐紫外線能力較強(qiáng)。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，涂層表面會(huì)產(chǎn)生輕微粉化，這會(huì)導(dǎo)致漆膜中的顏料部分析出。顏料暴露在空氣中后，會(huì)直接受到紫外線的照射，同時(shí)也會(huì)受到凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合影響，顏料會(huì)逐漸變性、失效，最終表現(xiàn)為涂層一定程度顏色的改變。循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，色差值最大為4.22，輕微變色，所有涂層體系的保色能力都很優(yōu)異。

2.3涂層附著力情況分析

循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層體系附著力變化情況如圖3所示。

圖3 循環(huán)腐蝕試驗(yàn)后涂層體系附著力變化情況

從圖3可以看出，實(shí)驗(yàn)經(jīng)過8個(gè)循環(huán)之后，涂層體系的附著力快速降低。在第12、16和20個(gè)循環(huán)時(shí)附著力損失率分別在20%、35%和50%左右。其中，附著力損失率大于50%時(shí)，涂層失效。從圖3可以看出，廠家B的4種涂層體系在實(shí)驗(yàn)過程中整體的附著力表現(xiàn)稍好于廠家A。

造成附著力降低的主要原因是鹽霧腐蝕，經(jīng)過20個(gè)循環(huán)1440h的鹽霧試驗(yàn)，腐蝕介質(zhì)逐漸從漆膜表面滲透到漆膜內(nèi)部，尤其是膩?zhàn)訉樱瑥亩淖兺繉有阅堋Ｗ贤饩€照射會(huì)導(dǎo)致成膜樹脂化學(xué)鍵斷裂，濕熱實(shí)驗(yàn)中水介質(zhì)會(huì)逐漸向涂層內(nèi)部滲透，高、低溫因素會(huì)致使樹脂的機(jī)械性能改變直至降低。在這些因素的綜合交替作用下，涂層體系的附著力逐漸降低，最終達(dá)到50%以下，涂層失效。

經(jīng)過大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，現(xiàn)車涂層使用5a后拉開法附著力為4.2MPa，損失率為21.38%；現(xiàn)車涂層使用9~11a后拉開法附著力為3.6~3.3MPa，損失率為31.78%~38.48%。涂層系統(tǒng)的拉開法附著力在第12和第16個(gè)循環(huán)時(shí)的變化情況很好地對(duì)應(yīng)了現(xiàn)車涂層5a和10a的拉開法附著力數(shù)值。說明動(dòng)車組涂層體系在實(shí)驗(yàn)室通過12個(gè)周期循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)時(shí)，預(yù)計(jì)動(dòng)車組實(shí)際可以使用5a左右；在實(shí)驗(yàn)室通過16個(gè)周期循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)時(shí)，動(dòng)車組涂層體系實(shí)際可以使用10a左右；循環(huán)腐蝕經(jīng)過20個(gè)循環(huán)時(shí)，涂層已失效，預(yù)計(jì)動(dòng)車組涂層系統(tǒng)實(shí)際使用年限可達(dá)15a左右。

3 結(jié)語

隨著使用年限的增加，動(dòng)車組涂層體系的光澤和附著力變化較大，預(yù)計(jì)現(xiàn)車使用10a左右時(shí)失光率可達(dá)2級(jí)，產(chǎn)生輕微失光現(xiàn)象，附著力率為35%左右；預(yù)計(jì)現(xiàn)車使用15a左右時(shí)失光率可達(dá)3級(jí)，明顯失光，附著力損失率50%左右。從動(dòng)車組美觀和安全兩方面考慮，現(xiàn)車使用年限達(dá)到10~15a時(shí)，涂層應(yīng)做整體修復(fù)。

動(dòng)車組涂層體系的顏色變化較小，說明現(xiàn)有的和諧號(hào)涂層體系和復(fù)興號(hào)涂層體系可以滿足現(xiàn)車運(yùn)行對(duì)色彩的要求。

廠家A的4種涂層體系和廠家B的4種涂層體系在整個(gè)循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)基本一致，說明和諧號(hào)涂層體系和復(fù)興號(hào)涂層體系都能滿足動(dòng)車組的實(shí)際運(yùn)行條件下對(duì)涂層性能的要求。廠家B涂層體系的性能稍好于廠家A涂層體系的性能，可以適當(dāng)優(yōu)先考慮廠家B作為今后動(dòng)車組用涂料供應(yīng)商。

本文作者：齊淑林1，李江江2，趙民1，王浩1，王慧翠2，桂泰江2，汪杰2（1.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266031；2.海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071）

本文來源：2020年《涂料工業(yè)》第三期