双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料在城轨车辆上的应用

康解云*，尹爱平（1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海 01804；.中国中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 41001）



双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料在城轨车辆上的应用

康解云1, 2,*，尹爱平2
（1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海 201804；2.中国中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001）

作者联系方式：(E-mail) jieyunkang@163.com。

摘要：介绍了双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料在城轨车辆上的应用。该涂料解决了常用防火涂料与涂层体系配套性差的问题，且减少了涂层结构，缩短了工时，经济性和环保性更好。相关试验证明了其涂膜具有很好的防火和机械性能，未来应用将更广泛。关键词：双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料；城轨车辆；防火；配套性

2003年韩国大邱地铁火灾事故敲响了全世界轨道车辆安全的警钟，防火性能成为衡量它们可靠性、安全性的重要指标之一。BS 6853《载客列车设计与构造防火适用规范》、DIN 5510-1《轨道车辆防火措施》、NFF 16－101《铁路车辆防火材料的选择》、EN 45545《铁路应用──铁路车辆防火》等标准在城轨车辆中得以应用[1]。优异的地板结构可保证其在车底发生火灾时不垮塌，内部橡胶地板布的表面温度不会过高，以延长从发生火灾到旅客脱离危险的时间。司机室后隔墙可在客室发生火灾后一段时间内为司机提供相对安全的驾驶空间。

喷涂防火涂料是目前城轨车辆防火结构设计中应用较多的一项措施，经济实用，简便且有效。防火涂料种类很多，按组成可分为厚型非膨胀型和膨胀型。厚型非膨胀型防火涂料主要通过自身的隔热作用和某些受热反应来实现防火，其典型问题是外观较粗糙，且常发生可见开裂、脱落等，不适宜对美观及防火性要求较高的场合。膨胀型防火涂料是受热达到一定温度后，涂层中将产生发泡气体，使其膨胀成泡沫状炭质绝缘层，隔离火焰与基材，从而阻止基材达到燃点和破坏温度。

笔者所在公司的城轨车辆地板的防火设计采用如下结构：最上层为橡胶地板布，中间层为蜂窝板，底架下层为铝型材组焊地板；蜂窝板与地板间用自粘型橡胶块支承，铝型材下表面喷涂防火涂料。通过在常规铝蜂窝墙板、铝蜂窝门板及门框的受火面上喷涂一定厚度的防火涂料来实现司机室后隔墙的结构防火功能。

1 原防火涂料在轨道车辆上的应用

城轨车辆上普遍使用的膨胀型防火涂料一般是单组分溶剂型丙烯酸防火涂料。该涂料应用广泛，技术成熟，但涂层结构复杂，施工周期长，成本相对较高，对环境影响较大。另外，其表面一般较粗糙，用于客室等外观要求较高的部位需进行腻子找平和喷涂面漆。地板和司机室后隔墙的涂层结构如表1所示。按BS 6853进行结构耐火试验，二者完整性和隔热性分别可达45 min和30 min以上。

表1 原城轨防火涂层配套体系设计Table 1 Original fire-retardant coating system for railway vehicles

但是，在喷涂司机室后隔墙时发生了某型防火涂料与其他涂层不配套的问题，如腻子找补产生咬底、起皱，中涂漆起泡等缺陷，如图1所示。

图1 原常用防火涂料与其他涂层不配套所造成的缺陷照片Figure 1 Photos showing the defects caused by application of original common fire-retardant coating unmatched with other coatings

2 双组分无溶剂膨胀型环氧防火涂料在城轨车辆上的应用

为解决上述问题，首次使用了西卡公司的Sika Unitherm Platinum双组分无溶剂环氧膨胀型钢结构防火涂料。

2. 1 涂料的施工方法

对基材进行喷砂，表面粗糙度大于6.3 μm；用丙酮对表面进行清洁除油；采用带加热系统的WIWA FlexiMix 2 Professional高效双组分喷涂机喷涂防火涂料。要求基面和环境温度不低于10 °C，且施工温度至少比露点温度高3 °C，相对湿度不超过85%。另外应确保基面表面无湿气层，以免影响涂层与基面的粘结牢度。

喷涂准备：移除设备上所有过滤器，安装储存罐，使用专用溶剂清洁设备，并测试设备压力。

加热器调试：加热溶剂到25 ～ 35 °C，对加热器和加热管进行预热。

加料准备：将A组分置于压盘泵下面，注意在排料口排出所有空气，根据供料速度调节压缩空气压力。将B组分倒入重力料罐，在控制面板上设定混合比例为V(A)∶V(B) = 5.55∶1.00。在混合器出口排料至原料里没有空气并通过测试口测试配比3次以上，合格后连接管路和喷枪。

喷涂：开启料泵，初始压力4 kg(根据需要提高压力)，喷涂压力在200 kg左右，采用孔径0.019″ ～ 0.025″的喷嘴以20° ～ 40°喷涂。

清洗：使用系统连接的清洗泵清洗混合器、涂料管和喷枪，检查喷枪出口无残渣后方可结束清洗。需取出静态混合器内的金属混合节独立清洗。

停机：每天停机时，必须排出定量系统和混合器以及涂料管内的涂料，并关闭加热器。

2. 2 涂层结构

防火涂层喷涂完毕，在20 °C下12 h表干、24 h完全固化。待涂层完全固化后根据需要进行原子灰(腻子)找补，喷涂中涂、面漆，要求面漆光泽度、色差满足设计要求。地板与司机室后隔墙的涂层结构见表2。

表2 现城轨防火涂层配套体系设计Table 2 Present fire-retardant coating system for railway vehicles

3 双组分无溶剂膨胀型环氧防火涂料的优势

3. 1 涂料施工性

使用双组分无溶剂膨胀型环氧防火涂料可不用防腐底漆，单层喷涂厚度可达4 mm，且一天内即可固化。涂层表面平整光滑(见图2)，在无颜色特殊要求、不考虑黄变等情况下，可不用面漆。用于高装饰性部位时也只需少量原子灰找补并喷涂面漆。另外由于其双组分特性，适用于目前城轨车辆普遍使用的“环氧底漆+不饱和聚酯腻子+丙烯酸聚氨酯面漆”的涂装体系，与现有底漆、腻子、面漆配套性良好，解决了防火涂层与其他涂层不配套的问题。

图2 双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料涂膜的外观Figure 2 Appearance of the cured film obtained from two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating material

在20 °C左右，原涂层结构与现涂层结构施工周期见表3。可知基于上述特点，使用双组分无溶剂膨胀型环氧防火涂料的涂层结构施工周期大大缩短，由于涂层减少，施工周期缩短，物料与人工成本也显著降低。

表3 原涂层与现涂层体系施工周期的比较Table 3 Comparison of construction period between original and present coating systems

3. 2 涂膜性能

普通单组分防火涂层的耐候性差，对水和化学品敏感，而铝基材上单层防火涂料(干膜厚700 ～ 1 000 μm)的相关性能检测结果见表4。可见双组分无溶剂膨胀型环氧防火涂层即使不喷涂面漆，也具有优异的性能。

表4 双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料涂膜的性能Table 4 Performances of the cured film obtained from two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating

3. 3 防火性能

根据BS 6853:1999《载客列车设计与构造防火适用规范》、BS 476-20:1987《建筑材料及构件的燃烧试验 建筑构件耐火测定方法(一般原理)》、BS 476-22:1987《建筑材料及构件的燃烧试验 建筑非承重构件的耐火测定方法》，用地板涂层进行了如图3所示的温升试验，背部温升曲线如图4所示。可见平均温升112.6 °C，最高温升143.9 °C，满足车体地板结构在着火情况下45 min内保持完整，且背火面平均温度不超过250 °C，最高温度不超过300 °C的要求。受火面及背火面试验前后的照片如图5所示。可见试样未失去完整性。而试验中地板背部也未出现火焰、裂缝等。

图3 试验温升曲线Figure 3 Curves for the temperature rise test

图4 背火面温升曲线Figure 4 Temperature rise curves for unexposed side

图5 受火面及背火面温升试验前后的照片Figure 5 Photos showing the appearance of exposed and unexposed sides before and after temperature rise test

3. 4 环保性能

无溶剂环氧膨胀型防火涂料的溶剂含量极低，大大降低了大气中VOC的排放量，使用过程中对施工人员健康影响小，同时产品维修时对周围环境影响小，基本不存在火灾和爆炸的危险，环保性能大大提升。

4 结语

目前城轨车辆使用的防火涂料主要是单组分溶剂型防火涂料，存在施工周期长、需要涂装底漆、配套涂层过厚、腻子层易开裂、中涂层易起泡、总体施工周期过长等诸多问题。尽管无溶剂膨胀型环氧防火涂料单价更高，但采用该类防火涂料可不喷底漆或面漆，总体成本反而降低，施工周期也大大缩短，且与现有底漆、腻子和面漆的配套性良好，VOC低，有利于工人健康和提高了工作效率，涂膜性能、防火性能均优于常规防火涂料，其后续应用将越来越广泛。

参考文献：

[1] 冷映丽, 薛淑胜, 张琳. 结构耐火试验在轨道交通中的应用[J]. 城市轨道交通研究, 2012, 15 (10): 107-109, 113.

[ 编辑：杜娟娟 ]

Application of two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating to railway vehicles

KANG Jie-yun*, YIN Ai-ping

Abstract:The application of two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant paint to railway vehicles was introduced. The use of the paint has solved the problem of bad compatibility between common fire-retardant coating and the coating system, and has the advantages of less coating layer, shorter construction period, better economic benefit and being more environment friendly. The results of related performance tests showed that its cured film has good fireproof and mechanical properties, indicating that the paint has a wider application in the future.

Keywords:two-component solvent-free epoxy intumescent fire-retardant coating; urban rail vehicle; fireproof; compatibility First-author’s address: Institute of Rail Transit, Tongji University, Shanghai 201804, China

中图分类号：TQ637.8

文献标志码：B

文章编号：1004 － 227X (2016) 02 － 0084 － 04

作者简介：康解云（1976－），女，湖南新化人，工程硕士，高级工程师，长期从事轨道车辆涂装工艺研究。

收稿日期：2015－11－07 修回日期：2015－11－24