文/李拥军１，秦加新２，林维仁１，郑瓜炎２
1.中车南京浦镇车辆有限公司；2.今创集团股份有限公司
摘要：本文基于国家涂装行业低TVOC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TVOC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
Research On Powder Coating In Rail Transit Painting Interiors
Li Yong jun',Qin Jia-xin2,Lin Werren',Zheng Guayan2
(1.CRRC Nanjing Puzhen Co.,Ltd.Nanjing,Jiangsu,211000 China;2.KTK GROUP Co.,Ltd.Changzhou,Jiangsu,213100,China)
Abstract:Based on the low TVOC emission requirements of the national coating industry and the technical requirements for the coating of rail transit interior products,this paper conducts research and demonstration from the aspects of product substrate,pretreatment process,coating structure design,performance,application econ- omy and construction technology of powder coating,evaluates the application feasibility of powder coating tech-nology in rail transit interior decoration,and puts forward the application difficulties and improvement sugges-tions of powder coating coating So as to promote the application of powder coating in rail transit interior prod-ucts,and meet the requirements of reducing TVOC emissions in the product coating process and reducing the coating cost of enterprises.Based on the low TVOC emission requirements of the national coating industry and the technical requirements for the coating of rail transit interior products,this paper conducts research and dem-onstration from the aspects of product substrate,pretreatment process,coating structure design,performance, application economy and construction technology of powder coating,evaluates the application feasibility of pow-der coating technology in rail transit interior decoration,and puts forward the application difficulties and im-provement suggestions of powder coating coating So as to promote the application of powder coating in rail tran-sit interior products,and meet the requirements of reducing TVOC emissions in the product coating process and reducing the coating cost of enterprises.
Key words:Rail transit;Interior production;Pre-treatment;Powder coating;Painting
0 前言
2020年8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2035年及2050年的发展目标和主要任务。纲要明确指出到2035年，全国铁路网运营里程达到20万公里左右，其中高铁7万公里左右。2016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8000亿元以上。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。
１ 轨道交通内饰产品的涂装现状
按照TB/T3139－2021《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≤540g/L，面漆≤550g/L；水性涂料，底漆/中漆≤200g/L，面漆≤300g/L，结合每年涂料用量推算挥发性有机物排放量在1.5万吨/年以上。降低涂装过程的VOCs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VOCs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VOC排放的最有力措施[1]。通过计算可得出，涂料中的固体含量每提高10%，相当的施工条件下VOC排放量可以降低33%以上[2]。
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VOCs含量如表１。
从表1中可以看出，就VOCs减排来讲，粉末涂料的优势非常明显。
2 粉末涂料涂装工艺及其特点
2.1 粉末涂料的定义
粉末涂料是一种100%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[3]。常用的体系有环氧、环氧－聚酯、聚酯、聚氨酯等。
2.2 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100%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95%以上；生产效率高；设备投资和能耗低，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。
2.3 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60－100um；桔皮比较大；烘干废气难处理。
3 轨道交通内饰件粉末涂料运用的评估
从表2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80－90%，粉末涂料占比5－10%，其他表面处理方式占比5－10%。
3.1 技术性能评估
①基材材质要求
粉末涂料的固化温度一般在180－210℃，低温固化体系温度可以降低至140℃[4]，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70%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3中的化学前处理工艺。
②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4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：
3.2 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5和表6：
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10h，22天/月，对比测算能耗如表7：
4 粉末喷涂应用难点以及改进建议
4.1 对基材材质和平面度要求高：由于粉末涂料固化温度在180－210℃，因此对于铸件以及表面变形量大（1.5ｍｍ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。
4.2 固化温度高，能耗大：由于粉末涂料固化温度在180－210℃，与2k溶剂型涂料相比（固化温度60－80℃），根据理论计算约高了1.5倍。可以低温固化粉末或者红外固化。
4.3 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50um），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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。
4.7 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r2或者d1及以上。
5 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[5]。粉末涂料具有低VOC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：
［１］尹亚琳．简述涂装行业的VOC治理［Ｊ］．科学与信息化．2018（02）．
［２］王杨，杨鑫．汽车涂装车间VOC减排技术探讨［Ｊ］．中国涂料．2014（08）．
［３］沈国良．粉末涂装［Ｊ］．腐蚀与防护，1992，13（02）：83－86．
［４］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，2021，51（03３）：76－82．
［５］粉末涂料未来四大领域发展分析［Ｊ］．当代化工，2014，43（02）：297．96·
本文转载自《内燃机与配件》2023年第17期
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