杨松柏

中国铁道科学研究院金属及化学研 

摘要：根据动车组的应用情况,结合我国涂料行业产品及实验方法标准,介绍了《动车组用涂料与涂装》企业标准,分析了高速铁路用涂料及涂装的特点.

关键词：动车组，涂料，标准

0 前言
高速动车组在我国交通运输中起到了极为重要的作用，据统计，到2018年底，我国高速动车组车辆的总保有量已达2 827列，折合标准动车组(8辆编组)3 308.25组。其中设计时速200～250 km/h的动车组1 182列，折合成1 274标准组；300 km/h及以上的1 626列，2 013.25组，其中复兴号动车组累计配属280列，折合380.25标准组。这样算来我国已拥有动车组车辆共计26 466辆，占世界高速列车总数的3/4以上，同时在运营速度、运用里程、车辆数量和旅客运载总量等多方面处于世界第1位。2003年我国开始从国外公司引进高速铁路动车组技术，同时也引进了相应动车组车辆的涂装技术及涂料供应商，2007年投入运营。近年来，随着我国动车组保有量不断增加和生产能力的提高，现已形成了我国自主研发的动车组涂装工艺和技术，中国铁路总公司企业标准《动车组用涂料与涂装》的颁布和执行，标志着我国高速铁路动车组涂料及涂装技术趋于成熟，进入稳定化发展的阶段。
1 动车组用涂料
动车组用涂料包括很多种，以使用部位分类包括：车体外表面用涂料、内装用涂料、转向架用涂料、减振降噪的阻尼涂料等。除阻尼涂料为水性的以外，我国高铁动车组用涂料目前仍以溶剂型为主，以常见的车体外表面用涂料为例，使用的表面防护涂层体系构成为：底漆＋腻子＋中涂漆＋面层涂料(实色面漆或底色漆＋清漆)，这也是目前动车组上使用量最大的涂料品种。
表1为动车组初始技术来源及车体外侧用涂料的主要供应商，后续生产的各型CRH380及国产标准化动车组复兴号也沿用的是相同的涂层配套体系。

我国高速动车组通常的运行速度为200～350km/h，每天运行距离达到3 000 km左右，1 a就可达到1 000 000 km甚至更多。相对汽车涂层来说，单位时间内运用里程超长，地区跨度大，气候条件多变，加上由于风压增大，车体表面受到空气中飞尘、砂石等杂物冲击的强度更大，因此对表面涂层的要求要高得多。
由于动车组的设计寿命为30 a，因此对防护和装饰用涂料的要求相对较高，涂料用量也比较大，若按每辆车10万元涂料成本计算，每年新造3 000辆车的涂料费用即达到3亿元左右。
从2007年4月18日正式运营至今，动车组列车投入运用已超过10 a，部分车辆进入四级或五级修程。根据各型动车组的修程规定，从四级修开始，要求对车辆的车体外表面涂层进行全面维修，多数车辆重涂了面层涂料，部分车辆对车体外表面涂层进行了彻底的更新。表2为各型动车组修程规定的检修周期简表，车体表面涂层的维护(修补或重涂)通常安排在四级修或五级修时进行。显然，随着车辆数量增长，每年的车辆维修数量也不断增加，按车辆大修检修周期6～8 a计算，每年的检修车数量目前就已达到5 000辆以上。

2 动车组用涂料标准的制定
我国在2003年以后引进了动车组生产技术，同时也引入了涂料产品与涂装工艺，各动车组生产厂均新建了涂料喷、烤漆房，而涂料标准来源于多个国家或公司。由于各国或公司的标准体系不同，虽然涂料技术标准内容相近，但有些项目叫法不同，实验方法和检验标准也不一致。随着动车组生产规模的扩大，加之实车涂料性能的差异和供货渠道等条件有所变化，因此部分车型的原始涂料供应商发生了变化，但由于涂料产品的标准不统一，对涂料及涂膜的性能要求不够明确或不完全一致，在涂料替换时存在一定的障碍，车辆使用中也存在一些问题。
在运用几年以后，动车组表面涂料的外观也在不同程度地发生老化，有些车辆或部位甚至比较严重，主要现象为失光、变色等，当然这其中也涉及了应用条件的不同。由于涂料及涂装技术来自于不同厂家，施工工艺和单位(场地)不同，涂膜的质量存在差别，从另一角度上看这也反映出涂料检验标准的不足。
为解决上述问题，部分动车组生产厂先后制定过内部企业标准，随着车辆回厂维修，各方面对涂料的表现有了比较深刻的了解，并就涂料技术要求达成了共识。2014年，原铁道部安排起草企业标准《动车组用涂料与涂装》，并于2015年通过了技术审查，这也是国内第一次专门针对高速铁路车辆用的制定的相关涂料标准。2016年9月30日中国铁路总公司发布了《动车组用涂料与涂装》系列标准，2017年1月8日开始实施。标准共包括有6个部分：
第1部分：《车体外表面用涂料及涂层体系》
第2部分：《内部装饰用涂料及涂层体系》
第3部分：《阻尼涂料及涂层体系》
第4部分：《转向架用涂料及涂层体系》
第5部分：《表面处理》
第6部分：《涂装检查》
《动车组用涂料与涂装》标准以我国目前涂料行业常用的GB实验方法为基础，充分考虑了我国的气候环境条件条件和铁道车辆的运用特点，内容涉及动车组生产和维修过程中使用的大多数涂料品种。
3 技术要求的特点
由于铁路车辆每日运行里程长，气候多变，温度、湿度、大气环境条件变化剧烈，随车辆技术一同引进的国外高速铁路用涂料及涂装技术在我国表现在有些车型上并不很理想，因此《动车组用涂料与涂装》系列企业标准在制定过程中，充分考虑了我国铁路车辆所处的环境条件和应用特点，并主要依托我国的GB试验方法标准，同时还考虑到涂装和施工过程，注重实际车辆的制造、维修条件和车辆涂层在线路上的运用应用表现，进而规定了各种涂料相应的技术指标和试验方法，也规定了配套涂层体系的技术要求。为了响应国家环保方面的要求，明确了涂膜性能也适用于水性涂料，对水性涂料的应用提供了发展空间。虽然《动车组用涂料与涂装》标准仍脱胎于原铁路车辆用涂料标准，但有许多不同，是具有鲜明的中国特色和高速铁路的行业特点的涂料标准。
虽然试验方法主要采用GB，但在试验项目的设置中，针对现有车辆涂料在使用中暴露出的问题，增加了新的试验方法和试验条件，部分试验项目与国内常用涂料试验方法相比有相当大的变化，主要内容如下。
3.1 干膜厚度
与国内常用标准相比，《动车组用涂料与涂装》标准最大的变化在于涂装工艺和膜厚。国家标准中规定的涂膜常规性能试板涂层膜厚通常为(23±3) μm，且均为自干，但标准中则采用更加接近实际生产工艺的试验条件，车体外表面各涂层的膜厚除腻子层外均按60～65 μm湿碰湿一次性制备，并且全部使用强制烘烤的干燥方式。由于厚度的变化导致了相当部分的项目指标与传统的涂料技术要求有明显区别。
3.2 X-切割试验
为解决厚涂膜及带腻子的完整涂层体系附着力测量时的误差问题，标准采用ISO 16276—2:2007Corrosion protection of steel structures by protectivepaint systems — Assessment of, and acceptance criteriafor, the adhesion/cohesion (fracture strength) of acoating — Part 2: Cross-cut testing and X-cut testing 中规定的试验方法进行X-切割试验。相对于拉开法附着力试验，此方法操作简单，可即时得到试验结果，特别适于现场的生产过程。
3.3 丁酮擦拭试验
为考查涂料的交联情况和避免混料及未加固化剂或加入量不足，引入了丁酮擦拭试验，相当于同时提高了涂膜耐溶剂性的要求，也表示在原则上要求全部使用双组分涂料。
3.4 耐酸、碱性试验
原铁路客车用面漆标准耐液体介质即原耐酸、碱性的试验条件相对比较缓和，采用的是2%～3%浓度的酸或碱浸泡15～30 min，新标准将耐化学试剂性中的酸、碱浓度提高至10%，时间延长到24 h，以适应目前酸雨条件下的大气环境和洗车用清洗剂的要求。
3.5 色差测量方法
耐人工加速老化试验选择GB/T 14522《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯》附录C中的“暴露周期类型7”，即光源为UV-B(313 nm)，时间为1 000 h。评价时采用GB/T 1766《色漆和清漆涂层老化的评级方法》中装饰性涂膜的评级方法，但色差测量时有较大变化：规定使用45°/0°或0°/45°色差测量仪，采用D65光源、10°视场，解决了各单位检测仪器、条件不一致造成的测量结果明显差别；同时为弥补原GB/T 1766中涂膜老化试验后的评级采用的GB/T 11186.2《涂膜颜色的测量方法第二部分：颜色测量》、GB/T 11186.3《涂膜颜色的测量方法第三部分：色差计算》中对仪器的测色装置没有限制和色差计算标准中的先天不足，改为采用GB/T3810.16《陶瓷砖试验方法第16部分小色差的测定》规定的测量方法，以ΔE CMC(1.4∶1)代替ΔE *，减小了深色(暗色，即明度较低的颜色)涂膜经过老化试验后仪器测量结果与人眼观察之间不一致的明显差别。
3.6 新增完整涂层体系的全面性能试验
包括了车体外表面涂层、内装涂料及转向架和其他功能涂料的配套涂层体系，配套情况与实车基本一致，期望将各涂层间的配套性问题在涂料上车前得到解决。这也是铁道行业第一次将客车车体外表面用的完整涂层体系性能试验列入标准中。
3.7 高低温循环交变试验
标准中规定了完涂层体系的高低温循环交变试验方法，重点是模拟铁路车辆运用时在不同气候条件下的急速变化过程，考查涂层在极端高、低温循环交变条件下的劣化情况。试验中的涂膜样板经历了从80℃到？40 ℃的循环交变过程，除在极限温度点稳定状态停留4 h外，对升、降过程的变温速率也有规定(设定值为2 ℃/min)，以保证试验的重现性；除此之外还要求在连续进行60周期试验后再次对涂层的附着力(包括拉开法附着力和X-切割试验)等进行检验，这在一定程度上代表了经数年应用后车体外表面或其他配套涂层体系的状况。
3.8 涂膜抗石击碎裂性试验方法
标准以附录的形式制定了涂膜的抗石击碎裂性试验方法，专门用于模拟实际运行条件下砂石等对车体外表面涂膜的影响，这种损坏现象在200 km/h以上的高速动车组中表现非常明显，而普通中低速铁路客车中基本上可以忽略；而汽车行业的类似方法对铁路车辆并不适用。
标准在制定过程中对石击试验方法所用的冲击物进行了大量研究，通过对各种涂膜样板进行试验，根据车体部位不同，冲击粒子也提供了多种选择方案，并规定采用装饰性和保护性涂膜不同的评级方法。车体外表面涂层体系选择了鹅卵石为冲击粒子，涂膜的损坏情况类似于实际运用的动车组车辆；转向架用涂料情况类似，但规定冲击物为8.8级的M6螺母。
石击试验将评级方法分为装饰性涂层和保护性涂层两种，也即代表了车体外表面用装饰性涂层和转向架构架用保护性涂层。前者主要以破损数量、大小和位置(涂层或界面)为评价要素，并规定了评级结果的表示方法；后者则以破损面积表示，对转向架用涂料规定在石击试验后还要进行24 h的中性盐雾试验，并详细规定了评级方法试验。这一点与国外标准完全不同，NF和EN标准的规定均是以涂膜碎裂面积的百分比为评级标准。
3.9 涂装检查
标准规定了整车涂装质量检查的标准方法，目的是保证整车涂装质量，统一检验和评价标准。根据外观的要求和装饰与保护性的重要程度，标准将涂膜表面划分为3种类型。
①对装饰性要求较高的表面。
②目视可见，但对外观要求不高的表面。
③不可见的表面。
本部分还对涂膜外观缺陷进行了分类，其中定义了缺陷类型和判定标准，包括具体的数量和大小等，并且提出在任何情况下涂装质量应保证涂膜具备基本的防护特性。标准还规定了详细的检查条件，如照度、观察距离和观察者检查时的行走速度等。

4 结语
《动车组用涂料与涂装》系列标准的颁布和实施，标志着中国铁路总公司已建立了比较适合我国高速铁路动车组特点的涂料标准，标准统一了检测项目、指标和试验方法，为车辆涂层的质量控制提供了依据，目前已开始应用于动车组生产中，对我国铁路车辆的生产、管理、运用和维护起到了积极的作用。标准发布时首批下线的动车组正式投入运行已近10年，部分车辆已回厂进行了四级或五级修，几种车型车辆外表面的状态有所不同，标准中的试验方法和指标与车体外表面涂层的实际情况有相当好的关联性。
目前环境保护问题已引起多方面的重视，随着国家环保政策和法律法规的颁布和执行，对污染物特别是挥发性有机化合物(VOC)的排放控制更加严格，车辆生产维修中水性涂料的应用已提上日程，标准规定的涂膜性能可适用于水性涂料。现今动车组车辆生产厂和部分维修单位已开始试验用水性涂料替代溶剂型涂料，并根据水性涂料的技术特点进行了设备的改造和工艺的调整，总体上说目前动车组生产和维修过程已基本具备了水性涂料的使用条件。