涂料工業(yè)：

高速動車組在北方冬季運行時，車下重要組成部分轉向架容易在風雪天氣下發(fā)生覆冰，對制動效果和信號傳輸均帶來不利影響，威脅車輛運行的安全和平穩(wěn)性。抗結冰難題在冰雪災害易發(fā)生的國家被廣泛研究，我國近年來也做了許多相關的科研工作。學界主流觀點認為，降低材料表面能可以有效降低水在材料表面的附著率，使水滴無法形成連續(xù)的水膜，進而有效防止水在材料表面結冰。通過在材料表面刷涂低表面能涂料用以改變材料表面能是最為行之有效的辦法，目前市面上多數(shù)抗結冰涂料均是通過降低材料表面能來實現(xiàn)抗結冰功能。本文對不同品牌的抗結冰涂料做性能對比，結合性能分析選擇一種涂料做真車試驗，并通過真車試驗結果，探討抗結冰涂料在軌道車輛上的應用效果。

1實驗部分

1.1主要原料

SF90-0000/0雙組分溶劑型抗結冰清漆（涂料A）：亮克威澤；HQSC-1000高耐候雙組分溶劑型防冰雪清漆（涂料B）、WR-1000雙組分溶劑型防凍融清漆（涂料C）：立邦；3249-500010雙組分水性抗結冰清漆（涂料D）：威堡；FLONFINISH36雙組分溶劑型抗結冰色漆（涂料E）：中遠關西；SG08-7043雙組分環(huán)氧面漆（涂料F）、SF34-3012雙組分環(huán)氧底漆（涂料G）：亮克威澤。

1.2樣板制取

根據(jù)本公司轉向架涂裝的現(xiàn)實情況和今后可能應用抗結冰涂料的方向，設計的涂層結構樣板如下：

（1）涂料樣板采用150mm×100mm鋁制樣板，噴漆前打砂處理；

（2）A、B、C、D4種清漆涂覆在預先噴涂亮克威澤SF08-7043雙組分環(huán)氧面漆的樣板上形成復合涂層樣板，清漆厚度30~60μm；

（3）E實色漆涂覆在預先噴涂亮克威澤SG34-3012雙組分環(huán)氧底漆的樣板上形成復合涂層樣板，實色漆厚度30~60μm；

（4）另取只噴涂亮克威澤SF08-7043雙組分環(huán)氧面漆樣板做對比樣板F；

（5）各樣板制樣完成后，在18~30℃自然干燥48h后進行相關實驗。

1.3測試與表征

1.3.1紅外光譜分析

采用島津FTIR8400S型紅外光譜儀分析各類涂料主劑和固化劑主要成分。

1.3.2接觸角測試

采用上海中晨JC2000C1型接觸角/表面張力測定儀測定標準條件下各樣板的水接觸角。

1.3.3著冰力測試

著冰力測試目前行業(yè)無通用標準，本文所用到的方法來自企業(yè)標準，具體試驗步驟如下：按圖1所示，將5個鋼環(huán)分別置于5塊水平放置的樣板上，分別將6mL5℃的水注入鋼環(huán)（內(nèi)徑31mm、壁厚3mm、高25mm）內(nèi)，將樣板與鋼環(huán)整體置于-25℃的低溫箱內(nèi)，水結凍24h后，用拉力計測定使鋼環(huán)與樣板發(fā)生剪切位移時所需要的最小的力。

圖1著冰力測試示意圖

1.3.4滴水法測試

涂料的疏水性能決定水在材料表面的附著力，附著力越低越有利于抗結冰，采用滴水法測試涂料的疏水性能，滴水法測試目前行業(yè)無通用標準，本文所用到的方法來自企業(yè)標準，具體試驗步驟如下：

（1）將5塊樣板至于45°角的樣板架上，板的短邊在上、下兩端，漆膜向上；

（2）在距離樣板底邊100mm處做平行標記線；

（3）用滴管吸取純凈水，在樣板的標記線上平行地滴3滴純凈水；

（4）觀察水滴向板下端流淌的速度，記錄水滴流到底邊的時間。

2結果與討論

2.1紅外表征分析

經(jīng)紅外測試分析，各涂料主劑和固化劑主要成分見表1。

表1涂料成分分析

由表1可知，涂料A、B、C、D采用氟碳樹脂作為主要成膜物，涂料E采用脂肪酸改性雙酚A環(huán)氧樹脂作為主要成膜物。

2.2接觸角分析

采用量角法分別測試A、B、C、D、E、F樣板的水接觸角，每塊樣板做3組平行試驗并記錄平均值，結果見表2。

表2接觸角測試

從表2可見，除涂料D之外，其他4種涂料接觸角均在100°左右，較對比樣板F的水接觸角有大幅提升，表現(xiàn)出良好的疏水性能，可使水滴無法形成連續(xù)的水膜。

2.3著冰力分析

冰在涂層上的附著力大小直接決定其被去除的難易程度，通過剪切位移法測定冰在涂層上的附著力，結果如表3所示。

表3著冰力測試

從表3可以看出，各抗結冰涂料著冰力均明顯小于普通面漆，其中涂料E著冰力較普通面漆降低了67.2%，說明抗結冰涂料的使用可有效降低冰對涂層的附著力，更有利于冰的去除。

2.4滴水試驗分析

各樣板滴水試驗中，每塊樣板做3組平行試驗并記錄平均值，結果如表4所示。

表4滴水試驗分析

從表4可以看出，滴水試驗結果與接觸角測試結果相一致，水接觸角大的樣板水滴快速滾落，用時較短；水接觸角小的樣板水滴流淌落下，用時較長。

結合2.1~2.4試驗結果，涂料A、C、E疏水性能優(yōu)于其他測試涂料，且較普通涂料疏水性能提升明顯。由于現(xiàn)有轉向架油漆體系為：亮克威澤雙組分環(huán)氧底漆+亮克威澤雙組分環(huán)氧面漆，從工藝配套性角度選用同一廠家的涂料更為適合。另外，除了文中所列及的試驗外，還測試了涂料的其他性能，拉拔試驗結果證明涂料A的附著力大于4.3MPa，高于其他幾種品牌涂料，此外，涂料A在光澤、劃格測試等方面表現(xiàn)優(yōu)異，綜合以上因素，涂料A適合做軌道交通抗結冰涂料，因此，選取涂料A做實車測試。

2.5實車測試

結合歷年轉向架冰雪覆蓋發(fā)生情況，選取在哈大線上運營的高速動車組進行實車測試，對同一列車的部分轉向架進行抗結冰清漆噴涂，在實際運行一段時間后記錄轉向架結冰情況。結果如圖2所示，其中，（a）、（c）分別為噴涂抗結冰清漆轉向架結冰和融冰情況；（b）、（c）分別為未噴涂抗結冰清漆轉向架結冰和融冰情況。

通過實車驗證，得出如下結論：

（1）不論轉向架是否涂覆抗結冰清漆，轉向架上均會結冰；

（2）容易結冰的部位是電機底部、電線（管）附近、制動單元等，這些部件因發(fā)熱導致積雪融化而結冰；

（3）構架表面上冰融化時，抗結冰清漆表現(xiàn)出疏水性和更低的冰附著力，具體表現(xiàn)為滴水更加明顯且冰層脫落速度更快。

綜合以上結論，涂抗結冰清漆不會影響轉向架是否結冰，但涂層的疏水性有利于冰層的融化和脫落，也有利于除冰作業(yè)。

圖2涂料抗結冰性能對比測試

3結語

軌道車輛車下部件結構復雜，冬季在高速運行過程中冰雪容易在轉向架等部件上積存，加之某些部件發(fā)熱導致積雪反復融化而結冰，對行車安全帶來隱患。目前市面上的抗結冰涂料不能完全杜絕部件結冰，但其較低的表面能和疏水特性可加速冰層的融化和脫落，也有利于除冰作業(yè)。開發(fā)性能更優(yōu)異的抗結冰涂料在軌道車輛領域具有良好的前景。