1、 年第 期粉末涂料在轨道交通内饰的应用研讨李拥军,秦加新,林维仁,郑瓜炎(中车南京浦镇车辆有限公司,江苏 南京 ;今创集团股份有限公司,江苏 常州 )摘要:本文基于国家涂装行业低T VO C排放要求和轨道交通内装产品涂装的技术要求,从产品基材、前处理工艺、涂层结构设计、粉末涂料的性能、运用经济性以及施工工艺等方面进行研究论证,评估粉末涂料喷涂工艺在轨道交通内饰的应用可行性,提出粉末涂料喷涂的应用难点、改进建议、从而推广粉末涂料在轨道交通内饰产品的运用,达到降低产品涂装过程的T VO C排放和企业降低涂装成本的要求.关键词:轨道交通;内饰;前处理;粉末涂料;涂装中图分类号:U 文献标识码:A文章
2、编号:X()R e s e a r c hO nP o w d e rC o a t i n gI nR a i lT r a n s i tP a i n t i n gI n t e r i o r sL iY o n g j u n,Q i nJ i a x i n,L i nW e i r e n,Z h e n gG u a y a n(C R R CN a n j i n gP u z h e nC o,L t d N a n j i n g,J i a n g s u,C h i n a;K T KG R OU PC o,L t d C h a n g z h o u,J i a
3、 n g s u,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nt h el o w T VO Ce m i s s i o nr e q u i r e m e n t so f t h en a t i o n a lc o a t i n gi n d u s t r ya n dt h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s f o r t h e c o a t i n go f r a i l t r a n s i t i n t e r i o r p r o d u c t s,t h i sp a p
4、 e r c o n d u c t s r e s e a r c ha n dd e m o n s t r a t i o n f r o mt h ea s p e c t so f p r o d u c t s u b s t r a t e,p r e t r e a t m e n tp r o c e s s,c o a t i n gs t r u c t u r ed e s i g n,p e r f o r m a n c e,a p p l i c a t i o ne c o n o m ya n dc o n s t r u c t i o nt e c h n
5、 o l o g yo fp o w d e rc o a t i n g,e v a l u a t e s t h ea p p l i c a t i o nf e a s i b i l i t yo fp o w d e r c o a t i n gt e c h n o l o g y i nr a i l t r a n s i t i n t e r i o rd e c o r a t i o n,a n dp u t sf o r w a r dt h ea p p l i c a t i o nd i f f i c u l t i e sa n di m p r o
6、v e m e n ts u g g e s t i o n so fp o w d e rc o a t i n gc o a t i n gS oa st op r o m o t et h ea p p l i c a t i o no fp o w d e rc o a t i n gi nr a i l t r a n s i t i n t e r i o rp r o d u c t s,a n dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fr e d u c i n gT VO Ce m i s s i o n si nt h ep r o d
7、u c tc o a t i n gp r o c e s sa n dr e d u c i n gt h ec o a t i n gc o s to f e n t e r p r i s e s B a s e do nt h e l o wT VO Ce m i s s i o nr e q u i r e m e n t so f t h en a t i o n a l c o a t i n gi n d u s t r ya n dt h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s f o r t h ec o a t i n go
8、 f r a i l t r a n s i t i n t e r i o rp r o d u c t s,t h i sp a p e r c o n d u c t s r e s e a r c ha n dd e m o n s t r a t i o nf r o mt h ea s p e c t so fp r o d u c ts u b s t r a t e,p r e t r e a t m e n tp r o c e s s,c o a t i n gs t r u c t u r ed e s i g n,p e r f o r m a n c e,a p p
9、l i c a t i o ne c o n o m ya n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fp o w d e rc o a t i n g,e v a l u a t e s t h ea p p l i c a t i o nf e a s i b i l i t yo fp o w d e rc o a t i n gt e c h n o l o g yi nr a i lt r a n s i ti n t e r i o rd e c o r a t i o n,a n dp u t sf o r w a r dt h
10、 ea p p l i c a t i o nd i f f i c u l t i e sa n di m p r o v e m e n t s u g g e s t i o n so fp o w d e r c o a t i n gc o a t i n gS oa s t op r o m o t e t h ea p p l i c a t i o no fp o w d e r c o a t i n g i nr a i l t r a n s i t i n t e r i o rp r o d u c t s,a n dm e e t t h er e q u i r
11、e m e n t so f r e d u c i n gT VO Ce m i s s i o n s i nt h ep r o d u c t c o a t i n gp r o c e s sa n dr e d u c i n gt h ec o a t i n gc o s to f e n t e r p r i s e s K e yw o r d s:R a i l t r a n s i t;I n t e r i o rp r o d u c t i o n;P r e t r e a t m e n t;P o w d e rc o a t i n g;P a i
12、n t i n g作者简介:李拥军(),男,汉族,河南汝南人,硕士,正高级工程师,研究方向:轨道交通车辆设计.通讯作者:秦加新(),男,汉族,江苏武进人,大专,工程师,研究方向:轨道交通车辆内饰件涂装工艺.前言 年月发布的新时代交通强国铁路先行规划纲要中明确了中国铁路 年及 年的发展目标和主要任务.纲要明确指出到 年,全国铁路网运营里程达到 万公里 左 右,其 中 高 铁万 公 里 左 右.年,国家出台以“八纵八横”高铁网为主通道的中长期铁路网规划以来,我国铁路建设投资连续保持在每年 亿元以上.由此可见,未来我国铁路相关产业发展前景可观.在铁路客车的制造过程中,主要包括钣金、焊接、涂装和装配四
13、大工序,其中涂装是一道必不可少的生产工序.客车的涂装又分为车体涂装和零部件涂装,其中零部件涂装主要指内饰产品涂装.轨道交通内饰产品的涂装现状按照T B/T 机车车辆非金属材料及室内空气有害物质限量中对于挥发性有机化合物的要求为:溶剂型涂料,底漆/中漆 g/L,面漆 g/L;水性涂料,底漆/中漆 g/L,面漆 g/L,结合每年涂料用量推算挥发性有机物排放量在 万吨/年以上.降低涂装过程的V O C s排放,无论是从国家政策、地方法规还是企业本身来讲,都是刻不容缓的.从整个涂装过程来分析,有机挥发物的产生主要体现在三个方面:原材料、涂装过程、末端处理,而“原材料”是根源,降低涂装过程的V O C
14、s排放还是要控制涂料中的挥发性有机化合物.采用粉末涂料、水性涂料、高固分涂料等代替有机溶剂涂料是降低V O C排放的最有力措施.通 过 计 算 可 得 出,涂 料 中 的 固 体 含 量 每 提 高,相当 的 施 工 条 件 下V O C排 放 量 可 以 降 低 以上.目前,轨道交通车内饰产品的涂料仍以液体涂料为主,常用涂料V O C s含量如表.内燃机与配件w w w n r j p j c n表轨道交通内饰产品常用涂料V O C s含量项目溶剂型涂料水性涂料高固涂料底漆/中漆面漆底漆/中漆面漆底漆中漆/面漆a)无溶剂涂料粉末涂料挥发性有机化合物g/L 备注:a)包含对应清漆;按产品明示的
15、施工比例配比混合后测定,如稀释剂的使用量为某一范围时,应按照产品施工配比规定的最大稀释比例混合后进行测定;粉末涂料、高固涂料、无溶剂涂料、辐射固化涂料标准参照G B/T 绿色产品评价 涂料从表中可以看出,就V O C s减排来讲,粉末涂料的优势非常明显.粉末涂料涂装工艺及其特点 粉末涂料的定义粉末涂料是一种 固体粉,借助于压缩空气分散后以粉末形态涂装的涂料,简称塑粉.常用的体系有环氧、环氧聚酯、聚酯、聚氨酯等.粉末涂料的优点与其他涂料相比较,粉末涂料的优点为:环保,体现为 固含不含有机溶剂,有机挥发物近乎为零、危废量低;材料利用率高,循环利用后原材料利用率可以达到 以上;生产效率高;设备投资和
16、能耗低,主要体现为温湿度控制、烘干;工艺稳定性高,对环境、人员技能水平要求低;机械性能、阻燃优越.粉末涂料的缺点虽然粉末涂料的优点很多,但是由于其材料和施工工艺特性决定,其的缺点为:换色时间较长;固化温度高;缺陷修补困难,对基材表面质量要求高;无法薄涂,一般 u m;桔皮比较大;烘干废气难处理.轨道交通内饰件粉末涂料运用的评估从表看,目前轨道交通内饰件表面处理还是以油漆为主(包 含 水 性 漆),根 据 不 完 全 统 计:油 漆 占 比 ,粉末涂料占比,其他表面处理方式占比.表轨道交通内饰件的涂料应用现状部件名称基材材质油漆粉末涂料其他表面处理工艺中顶铝合金、铝蜂窝、玻璃钢格栅铝合金、镁合金
17、、塑料(仅限于铝合金、镁合金)灯具铝合金侧顶铝合金、玻璃钢(仅限于铝合金)行李架铝合金、镁合金侧墙铝合金、玻璃钢(仅限于铝合金)窗下墙板铝合金、玻璃钢(仅限于铝合金)门立柱铝合金、玻璃钢(仅限于铝合金)车门铝蜂窝扶手铝合金、碳钢、不锈钢地板铝蜂窝座椅玻璃钢、不锈钢电器柜碳钢端墙铝合金、铝蜂窝卫生间玻璃钢、铝蜂窝 技术性能评估基材材质要求粉末涂料的固化温度一般在 ,低温固化体系温度可以降低至 ,然而玻璃钢、碳纤维、铝蜂窝等是无法承受此温度的.但是,目前轨道交通内饰件的基材主要还是以铝合金/不锈钢/碳钢类材质为主,占比在 以上,完全满足粉末涂料的固化耐温需求.根据前期测试结果,无论是物理前处理还是
18、化学前处理都可以满足粉末涂料的要求,综合考虑适用性、质量、成本、效率等,优先推荐使用表中的化学前处理工艺.表前处理工艺要求物理前处理化学前处理设备投资中高适用范围比较广,对于薄板类产品实用性比较差广,适用于所有内装产品处理效率比较高高处理质量优,满足基材的处理要求且对附着力有所提升优,对附着力、防腐性有提升抗污染性低高处理成本中低环保中,污染物主要是粉尘中,磷化、铬化除外 年第 期涂层性能要求根据轨道交通内饰件表面涂层性能要求进行表的涂层设计,同时粉末施工性能和成膜性能需满足轨交内饰要求:表涂层结构设计部类碳钢铝合金不锈钢铸件复合材料热浸锌内饰可见面粉面粉面粉底粉面粉NA面粉不可见面粉面粉面粉
19、底粉面粉NA面粉可见,有耐候要求底粉面粉底粉面粉底粉面粉底粉面粉NA面粉外饰不可见,有耐候要求底粉面粉底粉面粉底粉面粉底粉面粉NA面粉不可见,无耐候要求底粉面粉底粉面粉底粉面粉底粉面粉NA面粉 经济性评估目前在轨道交通内饰产品最常用的油漆体系为底漆中漆面漆结构,粉末涂料体系为单层塑粉,其材料成本估算和设备设备投资及运行能耗分别见表和表:表材料成本核算项目粉末涂料底漆中漆面漆涂料价格/元k g 固化剂价格/元k g/稀释剂价格/元k g/原材料利用率 漆膜厚度/u m 理论涂料用量/k g(含固化剂、稀料)理论涂料成本/元 备注:)油漆调配比例按照 /计算;油漆、固化剂固含量按照 计算;)以上为
20、理论数据,仅供参考表设备投资及运行能耗涂装区域设备投资/万元土建喷涂设备(含消防)空调系统废气处理系统合计/万元喷漆线 喷粉线 涂装的成本除了材料、人工费用外,能耗占比也非常高.在固 定 每 月 涂 装 产 出 面 积 后,工 时 基 数 按 照 双 班 h,天/月,对比测算能耗如表:表喷漆线和喷粉线能耗对比涂装区域设备功率烘箱喷涂/k Wh烘箱/mh空凋)/k Wh废气处理系统/k Wh电费/元k Wh燃气单价/元m合计/万元喷漆线 喷粉线 备注:)空调系统按照每年运行个月计算,平摊至每月,即表格中数据为装机功率的一半粉末喷涂应用难点以及改进建议 对基材材质和平面度要求高:由于粉末涂料固化温
21、度在 ,因 此 对 于 铸 件 以 及 表 面 变 形 量 大(mm以上)的产品,涂装合格率很低.可以增加预处理(浸渗、预热等方式);改善成型及焊接工艺;采用低温固化粉末.固化温度高,能耗大:由于粉末涂料固化温度在 ,与 K溶 剂 型 涂 料 相 比(固 化 温 度 ),根据理论计算约高了 倍.可以低温固化粉末或者红外固化.流平性差,表面橘皮较大:基于粉末涂料粒径较大(主要分布在 u m),导致流平性低于液体涂料.需要控制粉末粒径和控制施工膜厚;同时改良配方,增加流平时间或者流平性能.作业过程中,换色时间较长:因为粉末涂料施工系统包括喷房、过滤回收系统、供粉系统和喷枪,如果换色清理单元较多,而
22、不像油漆仅需清洗供漆设备和喷枪即可.可以根据塑粉的颜色、每班换色次数合理选择换色系统 塑粉塑粉无法套色:粉末涂料基于高温固化的特性,暂无高温下不产生胶残留的遮蔽胶带,因此无法套色.喷涂塑粉后采用喷涂油漆、贴膜、UV打印等分色.表面无法用粉末涂料修补:粉末涂料基于高温固化的特性,二次修补没有固化条件.只能使用配套油漆修补.棱边易露底:粉末涂料基本都采用静电空气喷涂,基材棱角R角过小时电荷集中进而产生排斥,外加胶化阶段表面张力的影响,从而导致棱边露底.更改基材棱边倒角要求r 或者d 及以上.结论通过以上数据的对比,从技术工艺和成本角度分析,粉末涂料是完全可以应用在轨道交通内饰部件的,而且粉末涂料具备出色的可持续发展优势和优异的性能特点.粉末涂料具有低V O C的特性,不会释放溶剂,可以重复使用.所以粉末涂料在轨道交通内饰的应用前景宽广.参考文献:尹亚琳简述涂装行业的V O C治理J科学与信息化 ()王杨,杨鑫汽车涂装车间V O C减排技术探讨J中国涂料 ()沈 国 良粉 末 涂 装 J腐 蚀 与 防 护,():许伟坤,王慧丽,董亿政等低温固化粉末涂料的研究进展J涂料工业,():粉末涂料未来四大领域发展分析J当代化工,():
