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0引言

 

轉(zhuǎn)向架是軌道車輛結(jié)構(gòu)中最為重要的部件之一，好比是人類的雙腿，對于軌道交通車輛的運行有著不可替代的意義。為滿足轉(zhuǎn)向架的防腐要求，傳統(tǒng)工藝是噴涂溶劑型底漆和溶劑型面漆。為響應(yīng)國家藍天保衛(wèi)計劃，特采用水性涂料代替溶劑型涂料施工。施工工藝采取水性環(huán)氧富鋅噴涂后直接噴涂水性環(huán)氧面漆。但在試驗最后干燥階段，板面出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。本文剖析了起泡原因，并對此問題進行了解決。

 

1實驗部分

 

主要原料

 

環(huán)氧樹脂（E-51）：陶氏化學(xué)公司；鋅粉（500目）：杭州迅翔化工有限公司；丙二醇甲醚：濟南銘威化工有限公司；水溶型胺聚合物固化劑：上海潤碳新材料科技有限公司；乙醇、防銹顏料：濟南瑞林化工有限公司；去離子水：青島昌合化工有限公司；防沉劑、膨潤土、鈦白粉、沉淀硫酸鋇：東莞市三隆新材料科技有限公司；滑石粉（1250目）：上海潤碳新材料科技有限公司；分散劑、消泡劑、潤濕劑、聚氨酯增稠劑：德國巴斯夫。以上均為工業(yè)品。

 

水性環(huán)氧富鋅底漆

 

采用雙組分體系，由于鋅粉比較活潑，不能在水中長期穩(wěn)定存在，故將鋅粉作為環(huán)氧樹脂組分中的主劑，溶劑采用能與水混溶的醇醚類。固化劑采用兼具乳化作用和固化環(huán)氧作用的水溶型胺類聚合物。為增加與主劑的混溶性，用水作為溶劑的同時，加入一定量的乙醇作為助溶劑，配方如表1所示。施工時，采用15%的去離子水稀釋。

 

表 1 水性環(huán)氧富鋅底漆配方

 

 

水性環(huán)氧面漆

 

水性環(huán)氧面漆的開發(fā)思路是采用兼具固化環(huán)氧及乳化環(huán)氧作用的水性胺類聚合物作為主劑樹脂，而環(huán)氧樹脂作為產(chǎn)品的固化劑。這樣避免了乳化環(huán)氧而大量添加表面活性劑，同時也利用了水溶性胺聚合物的乳化作用，加快了主劑制漆過程中顏填料的分散速度，配方如表2所示。

 

表 2 水性環(huán)氧面漆配方

 

 

施工工藝

 

首先對實驗鋼板（600 mm×300 mm×10 mm）進行拋丸處理，清潔度達到GB 8923-1988規(guī)定的 Sa2 1/2 級，拋丸后1 h內(nèi)進線噴漆。在25 oC，相對濕度55%條件下進行施工。為適應(yīng)轉(zhuǎn)向架的快速施工要求，本配套體系設(shè)計為水性環(huán)氧富鋅底漆噴涂后，靜置20~30 min，直接噴涂面漆，濕膜總厚度在100~200 μm。面漆噴涂后自然干燥12 h以上。

 

 2結(jié)果與討論

 

連續(xù)噴涂效果

 

經(jīng)連續(xù)噴涂后的樣板，在最終的干燥過程中，尤其是在表干和實干過程之間，出現(xiàn)了漆膜鼓泡現(xiàn)象，具體見圖1、圖2。

 

 

圖 1 漆膜起泡現(xiàn)象

 

 

圖 2 漆膜挑開后

 

鼓泡原因分析

 

分析氣泡產(chǎn)生的原因有3種可能：

 

其一，涂料中存在或者噴涂過程中混入空氣造成的氣泡。但是經(jīng)過觀察，底漆和面漆的狀態(tài)均較好，不存在氣泡問題，而且氣泡出現(xiàn)在干燥后期，所以排除了這種可能；

 

其二，涂層體系由兩層組成，見圖3。干燥過程中助溶劑揮發(fā)引起的氣泡。由于面漆環(huán)氧樹脂良好的封閉性，有可能出現(xiàn)富鋅漆中慢干的醇醚助溶劑揮發(fā)受阻引起鼓泡；

 

其三，在干燥過程中，存在產(chǎn)生氣體的副反應(yīng)，致使產(chǎn)生大量氣體。從鼓泡程度來看，這種可能較大。具體分析如下：首先從反應(yīng)熱力學(xué)角度判斷可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，在水性環(huán)氧富鋅涂料噴涂到裸露鐵板上后，隨即與鐵板形成原電池。由于水溶性胺類固化劑的存在，使得水性富鋅漆中的各種離子在水中形成堿性電解質(zhì)溶液，鐵作為正極，鋅粉作為負極，形成了原電池。其中鋅是負極，發(fā)生氧化反應(yīng)；鐵是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，如圖4、表1所示。

 

 

圖 3 涂層示意圖

 

 

圖 4 原電池模型圖

 

對于析氫腐蝕：Eθ=φθ2－φθ1=-0.828-（-1.245）= 0.417；對于吸氧腐蝕：Eθ=φθ3－φθ1= 0.401-（-1.245）= 1.646。電勢差均為正值，從電勢差正負來看，兩個化學(xué)反應(yīng)均能自發(fā)進行。

 

表 3 原電池反應(yīng)

 

 

以上從反應(yīng)熱力學(xué)的角度分析了發(fā)生反應(yīng)的可能性，下面從反應(yīng)動力學(xué)的角度分析一下析氫腐蝕與吸氧腐蝕的強弱。從電勢差的大小來看，吸氧腐蝕的電勢差大于析氫腐蝕，所以理論上吸氧腐蝕發(fā)生的反應(yīng)速率要高于析氫腐蝕。但是由于連續(xù)噴涂的水性環(huán)氧外面漆表干后將漆膜封住，半干的漆膜內(nèi)的氧氣濃度很低，吸氧腐蝕反應(yīng)受到限制；大部分電子通過析氫反應(yīng)消耗，產(chǎn)生的氫氣造成蒸汽壓。由于面漆環(huán)氧表干后封閉性較強，且原電池在烘烤的條件下，反應(yīng)加速，產(chǎn)生的大量氫氣無法透過，這就是造成水性環(huán)氧富鋅與水性環(huán)氧面漆連續(xù)噴涂發(fā)生起泡弊病的原因。當(dāng)然這只是理論上的分析，如果要驗證此問題，鼓泡是何種原因引起的，需要對配方進行優(yōu)化改進。

 

解決辦法

 

為解決鼓泡問題，從可能涉及到的原因，從以下兩方面入手。

 

2.3.1 助溶劑的改變

 

調(diào)整水性富鋅底漆主劑中的助溶劑的揮發(fā)、逸出速度，加入快干型助溶劑乙醇形成共沸，加快底漆干燥速度，減少溶劑在富鋅漆中的滯留時間。

 

2.3.2 固化劑的改變

 

由于現(xiàn)行配方使用的胺類聚合物固化劑為水溶性，干燥速度較慢，為形成原電池創(chuàng)造了條件。如果改善水性環(huán)氧富鋅的干燥速度和初期耐水性，原電池的形成就能夠得到抑制，避免出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。采用了在固化劑中拼用乳液型固化劑的方案進行實驗，由于乳液干燥過程中存在毛細管作用，會加快揮發(fā)速度，而且乳液型的聚合物相對分子質(zhì)量較大，如果水分一旦揮發(fā)，乳液聚合物成膜便具有很好的耐水性，能夠很好地改善水性富鋅漆的初期耐水性，阻止水滲入面漆形成電解液，從而避免原電池的形成，進而避免鼓泡。改進后的水性環(huán)氧富鋅底漆配方見表4。

 

表 4 改進后水性環(huán)氧富鋅底漆配方

 

 

通過實驗，以上兩種措施單獨實施均能改善鼓泡現(xiàn)象，尤其固化劑改進后，鼓泡現(xiàn)象能夠很好地解決。從兩方面入手，水性環(huán)氧富鋅底漆配方經(jīng)改進后，應(yīng)用于水性環(huán)氧漆的連續(xù)噴涂配套實驗，板面狀態(tài)良好，未出現(xiàn)任何缺陷，見圖5。

 

 

圖 5 漆膜狀態(tài)

 

 3結(jié)語

 

水性環(huán)氧富鋅涂料，在環(huán)保要求日益增高的今天，前景比較廣闊。但是由于金屬鋅的活潑性，使其不能長期與水共存，造成在配方設(shè)計、生產(chǎn)、儲存和使用過程中容易出現(xiàn)缺陷。水性環(huán)氧富鋅涂料采用將鋅粉分散于不含水的環(huán)氧樹脂助溶劑溶液中，具有良好的生產(chǎn)安全性和貯存穩(wěn)定性。

 

采用加入快干助溶劑、拼用乳液型固化劑的方法，加快了干燥速度，減少了水在富鋅漆中的存在時間，并且迅速成膜，改善了初期耐水性，避免了漆膜缺陷發(fā)生的可能。