動車組塗層體係循環腐蝕試驗的研究” 138101″

    目前動車組外表麵所用塗層體(ti) 係，雖然入廠時均按照中國鐵路總公司企業(ye) 標準Q/CR546.1—2016《動車組用塗料與(yu) 塗裝第1部分：車體(ti) 外表麵用塗料及塗層體(ti) 係》中的具體(ti) 要求進行耐水性、耐熱性、耐鹽霧性、耐人工氣候老化試驗等一係列性能測試，但動車組在正常運營過程中，仍會(hui) 出現諸如塗層脫落、鼓泡、附著力降低等問題。

    當前，動車組用塗料僅(jin) 需滿足Q/CR546.1—2016中規定的各項性能要求即可驗收通過，但Q/CR546.1—2016中的內(nei) 容未能反映出車體(ti) 日常運營過程中塗層的性能變化。國內(nei) 環境條件複雜，典型的氣候分為(wei) 高紫外線照射地區、沿海地區、南方高濕熱地區、東(dong) 北嚴(yan) 寒地區以及夏季炎熱地區等。動車組運行區間的環境變化快、溫濕度跨度大。為(wei) 解決(jue) 此問題，需結合動車組在國內(nei) 的實際運行環境，對現有塗層配套體(ti) 係的各項性能變化進行綜合評價(jia) 。因此，本研究設計出一套實驗方案，可以模擬動車組在實際運營環境條件下，塗層各項性能的變化情況，為(wei) 後續動車組外用塗料及塗層性能改進提供理論和數據支撐，為(wei) 中車公司動車組選用合適的塗料產(chan) 品提供依據，並對現有塗層的使用壽命進行評估，同時比較不同供貨廠家的塗料性能優(you) 劣。

    1實驗部分

    1.1實驗儀(yi) 器

    鹽霧箱：CC1000XP，英國ASCOTT公司；加速老化儀(yi) ：QUV，美國Q-panel公司；高低溫恒溫試驗箱：WD701，上海增大環境公司；鼓風幹燥箱：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(yi) ：4446，德國BYK公司；色差儀(yi) ：SP62，美國愛色麗(li) 公司；便攜式拉拔儀(yi) ：PosiTestAT，美國Defelsko公司。

    1.2塗層配套體(ti) 係

    選擇現行的2個(ge) 廠家A和B的2套和諧號塗層配套體(ti) 係和2套複興(xing) 號塗層配套體(ti) 係進行試驗，參照Q/CR546.5—2016《動車組用塗料與(yu) 塗裝第5部分：表麵處理》對現車按現有的施工工藝進行噴塗施工。各塗層厚度均按Q/CR546.6—2016《動車組用塗料與(yu) 塗裝第6部分：塗裝檢查》的要求執行。

    實驗樣板材質為(wei) 車體(ti) 用鋁合金板材，塗層詳細配套體(ti) 係如下：.

    ①環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中塗漆+聚氨酯麵漆；
    ②環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中塗漆+聚氨酯底色漆+清漆；
    ③環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中塗漆+聚氨酯麵漆+聚氨酯分色漆；
    ④環氧底漆+不飽和聚酯膩子+聚氨酯中塗漆+聚氨酯底色漆+清漆+聚氨酯分色漆+清漆。

    1.3實驗設計

    針對動車組運行過程中可能遇到的高紫外線照射地區、沿海地區、南方高濕熱地區、東(dong) 北嚴(yan) 寒地區以及夏季炎熱地區等典型性氣候，在實驗室利用相對應國家檢測標準中的經典條件來模擬實際環境中的氣候環境，對塗層係統進行加速老化試驗。具體(ti) 條件如下：

    耐鹽霧性按GB/T1771—2007進行測試：鹽水濃度5%，溫度35℃，3d；耐熱性按GB/T1735—2009進行測試：（60±2）℃，1d；耐低溫性：−（30±2）℃，1d；耐人工氣候老化性按GB/T14522—2008進行測試，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進行測試：溫度47℃、相對濕度96%、3d；此為(wei) 1個(ge) 循環，共計20個(ge) 循環。實驗總時間：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。

    塗層光澤按照GB/T9754—2007測定；塗層色差按照GB/T11186.2—1989和GB/T11186.3—1989測量和計算；塗層失光等級和色差等級評定按GB/T1766—2008進行；塗層附著力按照GB/T5210—2006測定附著力損失率計算公式為(wei) ：附著力損失率=（A0-A1）/A0×100%，式中，A0為(wei) 試驗前塗層附著力，A1為(wei) 試驗後塗層附著力。

    循環腐蝕實驗綜合考慮了國內(nei) 各種典型的氣候條件，可以很好地模擬動車組的各種運行環境。本文主要通過研究不同的塗層體(ti) 係在循環腐蝕實驗過程中光澤、顏色和附著力（拉開法）的變化情況，來評估動車組塗層在實際運行環境下的性能表現。

    2結果與(yu) 討論

    2.1塗層失光情況分析

    循環腐蝕試驗後塗層的失光情況如圖1所示。

    從(cong) 圖1可以看出，隨著循環周期的增加，塗層失光率逐漸增大。實驗進行到第8個(ge) 循環時，塗層失光率在4%~8%之間，失光等級1級；實驗進行到第16個(ge) 循環時，塗層失光率在20%~25%之間，失光等級2級；到第20個(ge) 循環時，失光率大於(yu) 30%，失光等級為(wei) 3級，由於(yu) 動車組塗層對外觀要求較高，所以一般判定為(wei) 塗層失效。從(cong) 圖1可以看出，廠家B的4種塗層體(ti) 係在實驗過程中整體(ti) 的失光情況稍好於(yu) 廠家A。

    造成塗層失光的主要原因是樹脂的粉化。循環實驗包括人工氣候老化，經過20個(ge) 循環的紫外線照射，塗層表麵的樹脂結構逐漸發生一係列化學鍵的斷裂，導致表麵塗層破損，塗層變得凹凸不平並輕微粉化，進而造成塗層失光。再加上凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合作用使得塗層的失光率不斷增大，最終導致塗層失效。循環實驗結束後，所有塗層體(ti) 係的保光性能均不能滿足動車組的要求。

    2.2塗層變色情況分析

    循環腐蝕試驗後塗層的變色情況如圖2所示。

    從(cong) 圖2可以看出，整個(ge) 實驗過程中，塗層體(ti) 係的顏色變化較小。實驗做完第12個(ge) 循環時，8個(ge) 體(ti) 係塗層最大色差值為(wei) 1.44，變色等級0級，塗層無變色。實驗做完第16個(ge) 循環時，塗層色差值在1.96~2.77之間，變色等級1級，塗層有輕微變色。實驗做完第20個(ge) 循環時，塗層色差值在3.87~4.22之間，變色等級剛到2級，塗層輕微變色。從(cong) 圖2中可以看出，廠家B的4種塗層體(ti) 係在實驗過程中整體(ti) 的變色情況稍好於(yu) 廠家A。

    在20個(ge) 周期的循環實驗中，塗層的顏色變化較小，說明塗層體(ti) 係所用顏料的穩定性較好，耐紫外線能力較強。隨著實驗的進行，塗層表麵會(hui) 產(chan) 生輕微粉化，這會(hui) 導致漆膜中的顏料部分析出。顏料暴露在空氣中後，會(hui) 直接受到紫外線的照射，同時也會(hui) 受到凝露、鹽霧、濕熱、高低溫等多種因素的綜合影響，顏料會(hui) 逐漸變性、失效，最終表現為(wei) 塗層一定程度顏色的改變。循環實驗結束後，色差值最大為(wei) 4.22，輕微變色，所有塗層體(ti) 係的保色能力都很優(you) 異。

    2.3塗層附著力情況分析

    循環腐蝕試驗後塗層體(ti) 係附著力變化情況如圖3所示。

    從(cong) 圖3可以看出，實驗經過8個(ge) 循環之後，塗層體(ti) 係的附著力快速降低。在第12、16和20個(ge) 循環時附著力損失率分別在20%、35%和50%左右。其中，附著力損失率大於(yu) 50%時，塗層失效。從(cong) 圖3可以看出，廠家B的4種塗層體(ti) 係在實驗過程中整體(ti) 的附著力表現稍好於(yu) 廠家A。

    造成附著力降低的主要原因是鹽霧腐蝕，經過20個(ge) 循環1440h的鹽霧試驗，腐蝕介質逐漸從(cong) 漆膜表麵滲透到漆膜內(nei) 部，尤其是膩子層，從(cong) 而改變塗層性能。紫外線照射會(hui) 導致成膜樹脂化學鍵斷裂，濕熱實驗中水介質會(hui) 逐漸向塗層內(nei) 部滲透，高、低溫因素會(hui) 致使樹脂的機械性能改變直至降低。在這些因素的綜合交替作用下，塗層體(ti) 係的附著力逐漸降低，最終達到50%以下，塗層失效。

    經過大量現場試驗，現車塗層使用5a後拉開法附著力為(wei) 4.2MPa，損失率為(wei) 21.38%；現車塗層使用9~11a後拉開法附著力為(wei) 3.6~3.3MPa，損失率為(wei) 31.78%~38.48%。塗層係統的拉開法附著力在第12和第16個(ge) 循環時的變化情況很好地對應了現車塗層5a和10a的拉開法附著力數值。說明動車組塗層體(ti) 係在實驗室通過12個(ge) 周期循環腐蝕實驗時，預計動車組實際可以使用5a左右；在實驗室通過16個(ge) 周期循環腐蝕實驗時，動車組塗層體(ti) 係實際可以使用10a左右；循環腐蝕經過20個(ge) 循環時，塗層已失效，預計動車組塗層係統實際使用年限可達15a左右。

    3結語

    隨著使用年限的增加，動車組塗層體(ti) 係的光澤和附著力變化較大，預計現車使用10a左右時失光率可達2級，產(chan) 生輕微失光現象，附著力率為(wei) 35%左右；預計現車使用15a左右時失光率可達3級，明顯失光，附著力損失率50%左右。從(cong) 動車組美觀和安全兩(liang) 方麵考慮，現車使用年限達到10~15a時，塗層應做整體(ti) 修複。

    動車組塗層體(ti) 係的顏色變化較小，說明現有的和諧號塗層體(ti) 係和複興(xing) 號塗層體(ti) 係可以滿足現車運行對色彩的要求。

    廠家A的4種塗層體(ti) 係和廠家B的4種塗層體(ti) 係在整個(ge) 循環腐蝕實驗中的表現基本一致，說明和諧號塗層體(ti) 係和複興(xing) 號塗層體(ti) 係都能滿足動車組的實際運行條件下對塗層性能的要求。廠家B塗層體(ti) 係的性能稍好於(yu) 廠家A塗層體(ti) 係的性能，可以適當優(you) 先考慮廠家B作為(wei) 今後動車組用塗料供應商。

    來源:四方威凱

責任編輯：李鍾毓

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