CN112961556B - 耐冲击防除冰涂料、制备方法、应用、转向架及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种耐冲击防除冰涂料、制备方法、应用、转向架及轨道车辆，涂料包括A组分和B组分，且A组分和B组分的重量比为10:1～20:1，所述B组分为固化剂，所述A组分的各物质重量百分比为：树脂25％～65％；防冰填料5％～30％；改性纤维填料10％～40％；有机溶剂20％～50％。本公开具有优异的疏冰、易除冰效果，同时具有高机械强度，特别是耐砂石击打性能优异，可以满足轨道车辆高速运行时转向架底部苛刻的运行环境要求，对轨道车辆的转向架及其附件装备进行有效保护。

Description

耐冲击防除冰涂料、制备方法、应用、转向架及轨道车辆

技术领域

本公开属于耐冲击防除冰涂料技术领域，具体涉及一种耐冲击防除冰涂料、制备方法、应用、转向架及轨道车辆。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前很多国家已经实现高速铁路网的覆盖，对于部分国家来说，存在不同纬度区域跨区域运行的情况。这种短时间跨纬度高速运行，对涂层特别是对轨道车辆底部转向架部位防护涂层的性能提出了更高的要求。比如，车辆运行时卷起的砂石、砂砾等对最外层涂层的冲击，因此亟需提高涂层的耐砂石性能；车辆在高寒地区运行时卷起的雪粒子融化后附着在车辆转向架底部，危害行车安全，因此需要提升涂层的防除冰性能。

据发明人了解，常用的防除冰技术主要有四种，第一种是使用人工或除冰设备通过机械力除去积冰，该方法劳动强度大、除冰成本高且除冰效率低；第二种是通过加热方法除冰，如飞机通过电热除去附着在表面的积冰；第三种是通过除冰剂去除积冰，如喷洒除冰剂除去停驻在机场的飞机表面的积冰，通过除冰剂除去路面上的冰雪，但这种方法会对环境造成污染，对飞机表面金属及路面造成腐蚀；第四种方法是通过防覆冰材料，降低冰在材料表面的附着强度。防覆冰材料是最近几年发展起来的新型防除冰方法，具有方法简便、成本低、覆冰易除去等优点。尽管目前高寒列车转向架部位也会涂覆一类进口的低表面能防除冰涂层，但防除冰效果并不理想，在高寒车夜晚检修维护期间，仍需要消耗大量的人力物力和时间对列车底部进行除冰工作。

目前市面上的防冰涂料多是由低表面能树脂制备而来的且由发达国家所掌握，如美国Nusil公司生产的R-2180涂层，为有机硅树脂制得，这类涂层具有极低的覆冰强度，但涂层本身硬度低、机械性能差；德国LANKWITZER生产的SF90-0000/0涂层，机械性能优异，但覆冰强度大，防除冰效果不明显。专利CN201810869309.2和CN201910076504.4分别报道了超疏水防冰涂层，但制备超疏水结构的工艺较为复杂，基于超疏水效应产生的疏冰效果不稳定，超疏水涂层的机械性能难以满足列车实际运行环境。专利CN202010181886.X报道了一种动车组转向架防冰涂层，是一种三层结构的电热涂层体系，通过电热涂层，保持涂层表面在0℃以上，达到永不结冰的效果。但该材料体系忽略了车辆在高寒地区的运行环境，并未关注涂层耐砂石击打性能。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种耐冲击防除冰涂料、制备方法、应用、转向架及轨道车辆，本公开具有优异的疏冰、易除冰效果，同时具有高机械强度，特别是耐砂石击打性能优异，可以满足轨道车辆高速运行时转向架底部苛刻的运行环境要求，对轨道车辆的转向架及其附件装备进行有效保护。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

本公开的第一方面，提供一种耐冲击防除冰涂料，包括A组分和B组分，且A组分和B组分的重量比为10:1～20:1，所述B组分为固化剂，所述A组分的各物质重量百分比为：树脂25％～65％；防冰填料5％～30％；改性纤维填料10％～40％；有机溶剂20％～50％。

作为可选择的方式，所述树脂为丙烯酸树脂、改性聚氨酯、改性环氧树脂中的一种。

作为可选择的方式，所述防冰填料为聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、氟化烷基蜡、聚醚改性硅油和氟改性聚硅氧烷中的一种或两种。

作为进一步限定的方式，所述聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡和氟化烷基蜡在有机溶剂中重结晶处理过。

作为可选择的方式，所述改性纤维填料为改性陶瓷纤维、改性矿物纤维、碳纤维和二氧化硅纳米小球中的一种或多种。

作为进一步限定的方式，所述改性陶瓷纤维的直径2～3微米，长度20～30微米，所述改性矿物纤维的直径7～8微米，长度30～40微米。

作为可选择的方式，所述有机溶剂为二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物。

作为进一步限定的方式，所述二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物体积比为3:1。

本公开的第二方面提供上述耐砂石冲击防除冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

将重量百分比为25％～65％的树脂、5％～30％的防冰填料、10％～40％的改性纤维填料、20％～50％的有机溶剂混合后研磨，得到A组分；

将所述A组分与B组分按照重量比为10:1～20:1混合，得到耐砂石冲击的防除冰涂料。

作为可选择的方式，改性纤维填料的制备过程包括：配制一定浓度的多巴胺盐酸盐、单宁酸、没食子酸或焦性没食子酸，用浓氨水调节溶液pH至碱性并达到设定值后，往溶液中加入一定的纤维填料，搅拌设定时长，分离纤维填料，利用去离子水洗净、干燥，得到改性纤维填料。

本公开的第三方面，提供上述耐冲击防除冰涂料在防冰除冰领域的应用。

本公开的第四方面，提供一种转向架，所述转向架表面涂覆有上述耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

本公开的第四方面，提供一种轨道车辆，包括上述转向架，或转向架及其附件装备均涂覆有上述耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开通过A组分和B组分中各原料之间的相互作用，赋予涂层优异的机械强度和防除冰效果，尤其是改性纤维填料的加入，增加了涂层固化交联位点，大大提升了涂层的硬度、断裂强度。

本公开加入纤维填料可以作为防冰填料结晶体(重结晶后的低表面能蜡)的担载位点，使得防冰填料在整个涂层体系内均匀分布，赋予涂层优异的防除冰效果和低覆冰强度，增加了涂层的粗糙度，宏观上来说，也会增加涂层的冰粘附难度。

本公开提供的轨道车辆，在转向架等关键设备处，均涂覆有耐冲击防除冰涂料，能够有效提高设备的机械强度，特别是耐砂石击打性能优异，可以满足轨道车辆高速运行时转向架底部苛刻的运行环境要求，对转向架及其附件装备进行有效保护。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是一种实施例的涂料形成的涂层组分分布结构示意图；

图2是一种实施例的涂料形成的涂层耐砂石效果示意图；

图3是一种实施例的涂料形成的涂层断裂强度示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例一：

一种耐冲击防除冰涂料，包括A组分和B组分，

所述A组分包括以下重量百分比的成分：

树脂25％～65％；

防冰填料5％～30％；

改性纤维填料10％～40％；

有机溶剂20％～50％；

所述B组分为固化剂；

所述A组分和B组分的重量比为10:1～20:1。

优选地，所述树脂为丙烯酸树脂、改性聚氨酯、改性环氧树脂中的一种。

优选地，所述防冰填料为聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、氟化烷基蜡、聚醚改性硅油、氟改性聚硅氧烷中的一种或两种，其中聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、氟化烷基蜡需要在有机溶剂中进行热熔、重结晶处理。

优选地，所述改性纤维填料为改性陶瓷纤维(直径2～3微米，长度20～30微米)和改性矿物纤维(直径7～8微米，长度30～40微米)、碳纤维、二氧化硅纳米小球中的一种或多种。

所述改性纤维填料，其制备方法是通过多酚改性方法实现，利用多酚类化合物在碱性溶液中会在纤维表面吸附组装的特性，在纤维表面形成聚酚类保护层，改善纤维在涂料中的分散性，提供与固化剂更多的交联位点。改性方法如下，配制浓度为2mg/ml多巴胺盐酸盐(或单宁酸、没食子酸、焦性没食子酸)1L，用浓氨水调节溶液pH至9后，往溶液中加入50g纤维填料，搅拌48小时后，将纤维填料分离出，去离子水洗净、干燥，即得改性纤维填料。

当然，在其他实施例中，上述改性纤维填料制备过程的参数可以进行调整，例如pH值、搅拌时间、原料参数等均可以根据具体温度、湿度或场景需求，进行更改，这些均为本领域技术人员容易想到的，理应属于本公开的保护范围。

优选地，所述有机溶剂为二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物。

更为优选地，所述二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物体积比为3:1。

实施例二：

耐冲击防除冰涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)纤维填料的改性：配制浓度为2mg/m l多巴胺盐酸盐1L，用浓氨水调节溶液pH至9，往上述溶液中加入50g纤维填料，搅拌分散48小时后，将纤维填料分离出，去离子水冲洗纤维填料至中性，真空干燥，得改性纤维填料。

(2)防冰填料的预处理：20g氟改性蜡粉，加入到100g二甲苯中，加热升温至110摄氏度，将氟改性乙烯蜡粉熔融且溶于二甲苯形成透明均一的溶液，冷却至室温，氟改性蜡重新结晶沉淀，备用。

(3)将树脂、改性纤维填料、防冰填料、有机溶剂放置于球磨机中，高速研磨6小时后取出检查黏度、细度后得到A类组分。

A组种类分配比如下：

树脂：羟基丙烯酸树脂20g；

防冰填料：氟改性乙烯蜡4g；

改性纤维填料：改性陶瓷纤维8g；

有机溶剂：二乙二醇二甲醚18g，二甲苯6g；

B组分为固化剂：多异氰酸酯N75。

将A组分与B组分按重量比16:1充分混合均匀后，即可喷涂涂覆。

将得到的耐砂石冲击防除冰涂料通过喷涂的方式涂覆于碳钢板板上，室温固化48h后进行机械性能和防除冰性能测试。

实施例三-实施例七

实施例三-实施例七与实施例二的制备步骤相似，均包括以下步骤：

将树脂、防冰填料、改性纤维填料、有机溶剂混合后研磨，得到A组分；

将所述A组分与B组分混合，得到耐砂石冲击的防除冰涂料。

作为一种典型实施例得到的涂料，如图1所示，该涂料可以形成涂层。

不同实施例的所用试剂及制备条件见表1。

表1

不同实施例的所用试剂及制备条件见表2。

表2

实施例八：

实施例一-实施例七所提供的耐冲击防除冰涂料在防冰除冰领域的应用。

实施例九：

一种转向架，所述转向架表面涂覆有实施例一-实施例七所提供的耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

实施例十：

一种轨道车辆，包括实施例九的转向架，或该轨道车辆中转向架及其附件装备，或还有部分设备上，涂覆有实施例一-实施例七所提供的耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

上述实施例通过A组分和B组分中各原料之间的相互作用，赋予涂层优异的机械强度和防除冰效果。特别是改性纤维填料的加入，增加了涂层固化交联位点，大大提升了涂层的硬度、断裂强度；同时纤维填料加入可以作为防冰填料结晶体(重结晶后的低表面能蜡)的担载位点，使得防冰填料在整个涂层体系内均匀分布，赋予涂层优异的防除冰效果和低覆冰强度，如图2和图3所示。

此外，改性纤维填料的加入会增加涂层的粗糙度，宏观上来说，也会增加涂层的冰粘附难度。

实例结果表明，上述实施例的涂料通过喷涂施工后制得耐砂石冲击的防除冰涂层，其机械强度优异，涂层硬度达到2H，漆膜断裂强度超过15MPa以上，耐砂石性能达到5B，在-25℃测试条件下，覆冰强度小于500KPa；反复擦洗测试，覆冰强度增加不超过5％，其各方面性能都超过了现有防冰漆。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种耐冲击防除冰涂料，其特征是：包括A组分和B组分，且A组分和B组分的重量比为10:1～20:1，所述B组分为固化剂，所述A组分的各物质重量百分比为：树脂25％～65％；防冰填料5％～30％；改性纤维填料10％～40％；有机溶剂20％～50％；

其中，所述树脂为丙烯酸树脂、改性聚氨酯、改性环氧树脂中的一种；

所述改性纤维填料的制备过程包括：配制一定浓度的多巴胺盐酸盐、单宁酸、没食子酸或焦性没食子酸，用浓氨水调节溶液pH至碱性并达到设定值后，往溶液中加入一定的纤维填料，搅拌设定时长，分离纤维填料，利用去离子水洗净、干燥，得到改性纤维填料；

所述防冰填料为聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡、氟化烷基蜡、聚醚改性硅油和氟改性聚硅氧烷中的一种或两种；所述聚乙烯蜡、改性聚乙烯蜡和氟化烷基蜡在有机溶剂中重结晶处理过。

2.如权利要求1所述的一种耐冲击防除冰涂料，其特征是：所述改性纤维填料为改性陶瓷纤维、改性矿物纤维、碳纤维和二氧化硅纳米小球中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的一种耐冲击防除冰涂料，其特征是：所述改性陶瓷纤维的直径2～3微米，长度20～30微米，所述改性矿物纤维的直径7～8微米，长度30～40微米。

4.如权利要求1所述的一种耐冲击防除冰涂料，其特征是：所述有机溶剂为二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物。

5.如权利要求4所述的一种耐冲击防除冰涂料，其特征是：所述二乙二醇二甲醚与二甲苯的混合物体积比为3:1。

6.如权利要求1-5中任一项所述的耐冲击防除冰涂料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

将重量百分比为25％～65％的树脂、5％～30％的防冰填料、10％～40％的改性纤维填料、20％～50％的有机溶剂混合后研磨，得到A组分；

将所述A组分与B组分按照重量比为10:1～20:1混合，得到耐冲击的防除冰涂料。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是：改性纤维填料的制备过程包括：配制一定浓度的多巴胺盐酸盐、单宁酸、没食子酸或焦性没食子酸，用浓氨水调节溶液pH至碱性并达到设定值后，往溶液中加入一定的纤维填料，搅拌设定时长，分离纤维填料，利用去离子水洗净、干燥，得到改性纤维填料。

8.如权利要求1-5中任一项所述的耐冲击防除冰涂料在防冰除冰领域的应用。

9.一种转向架，其特征是：所述转向架表面涂覆有如权利要求1-5中任一项所述的耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

10.一种轨道车辆，其特征是：包括权利要求9所述的转向架，或车辆的转向架及其附件装备均涂覆有如权利要求1-5中任一项所述的耐冲击防除冰涂料形成的涂层。

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