Prace CNTK - BADANIA EKSPLOATACYJNE FARB DO MALOWANIA WAGONÓW OSOBOWYCH I TOWAROWYCH

[zeus04]

Prace COBiRTK zeszyt nr. 71
BADANIA EKSPLOATACYJNE FARB DO MALOWANIA WAGONÓW OSOBOWYCH I TOWAROWYCH
(Temat: 3281/11)
Zakład Badań Konstrukcyjno-Materiałowych. Autor: Irena Zarecka; współautor:
Wanda Wolińska
Rok ukończenia pracy: 1977
Streszczenie
1. WSTĘP
W pracy [2] zbadano zdolności antykorozyjne, walory dekoracyjnie itp. kilku
wyrobów lakierowych krajowych i zagranicznych. Na podstawie wyników
uzyskanych w czasie badań laboratoryjnych wytypowano zestawy farb do
malowania wagonów osobowych i towarowych oraz opracowano wytyczne prób
eksploatacyjnych i projekt wymagań odbioru technicznego tych wyrobów.
Omawiane opracowanie jest kontynuacją pracy [2].
Celem rozszerzonych badań eksploatacyjnych materiałów malarskich
wytypowanych w laboratorium było sprawdzenie ich przydatności do malowania
taboru oraz określenie trwałości nowych powłok na wagonach w warunkach
eksploatacyjnych PKP. Ponieważ badania laboratoryjne wykazały, że krajowe
materiały malarskie nie spełniały wszystkich wymagań opracowanych przez
COBiRTK, przed przystąpieniem do malowania wagonów ponownie zbadano próbki
wyrobów udoskonalonych przez Instytut Przemysłu Tworzyw i Farb (IPTF) w
Gliwicach. Między innymi opracowano, zbadano i zaakceptowano do prób farbę
wodorozcieńczalną grubopowłokową.
Wyroby poliuretanowe z NRD charakteryzowały się dobrymi właściwościami, więc
po zakupieniu i kontrolnym zbadaniu w laboratorium zostały zastosowane do
malowania wagonów osobowych.
Ze względu na różnorodny charakter farb badanych w laboratorium i w
eksploatacji pracę podzielono na dwa etapy:
- Etap I: "Badania eksploatacyjne farb do malowania wagonów osobowych",
- Etap II: "Badania eksploatacyjne farb do malowania wagonów towarowych".
2. ETAP I
2.1. Badania laboratoryjne
2.1.1. Charakterystyka badanych materiałów malarskich
Badaniami laboratoryjnymi objęto następujące materiały malarskie, pobrane w
czasie malowania wagonów w zakładach naprawczych bądź otrzymane z Instytutu
Przemysłu Tworzyw i Farb (IPFL) i Pilawskich Zakładów Farb i Lakierów (PZFL)
w Pilawie:
- podkład ftalowy modyfikowany, schnący na powietrzu, przeciwrdzewny,
chromianowy, żółty S-2003, o symbolu 3231-006-130 (PZFL);
- podkład ftalowy modyfikowany, schnący na powietrzu, przeciwrdzewny,
chromianowy, żółty jasny S-203, o symbolu 3231-006-110 (PZFL);
- podkład ftalowy modyfikowany, schnący na powietrzu, przeciwrdzewny,
czerwony, tlenkowy S-2003, nr 1 (PZFL);
- podkład ftalowy modyfikowany, schnący na powietrzu, czerwony, tlenkowy,
przeciwrdzewny S-2003, nr 2 (PZFL);
- farbę ftalową do gruntowania dla taboru kolejowego UIC nr 3, czerwoną
tlenkową o symbolu 3123-115-250 (PZFL);
- farbę poliuretanową do gruntowania, chromianową (IPFL);
- emalię poliuretanową do pierwszego malowania (IPFL);
- emalię poliuretanową do drugiego malowania (IPFL);
- emalię poliuretanową do pierwszego malowania o symbolu 8020 (NRD);
- emalię poliuretanową do drugiego malowania o symbolu 8040 (NRD).
Porównując wyniki badań farb poliuretanowych produkcji NRD i farb
opracowanych przez IPTF, zauważa się podobne właściwości obu wyrobów, jeśli
chodzi o odporność chemiczną i mechaniczną. Niewielkie różnice występują
jedynie w ściekalności, wyglądzie i czasie schnięcia powłoki, przy czym
lepsze pod tym względem są wyroby NRD.
W ramach współpracy z Pilawskimi Zakładami Farb i Lakierów w Pilawie zbadano
kilka próbek farby S-2003 i 203, opracowywanych przez zakłady dla ZNTK Mińsk
Maz. Jak widać z wyników badań laboratoryjnych, w zasadzie wszystkie próbki
spełniają wymagania normy.
2.1.2. Wyniki badań na stacji korozyjnej
Powłoki do badań na stacji korozyjnej przygotowano nakładając farby w
różnych zestawach pędzlem i metodą natrysku pneumatycznego na płyty stalowe
o wymiarach 20X32 cm. Obserwowano je po różnych okresach eksploatacji, w tym
także powłoki wykonane w czasie badań laboratoryjnych prowadzonych w ramach
pracy [2].
Po czterech latach stwierdzono dobry stan wszystkich powłok. Na powłokach z
farb krajowych zauważono większe zabrudzenie niż na powłokach z farb NRD,
również niewielka utrata połysku zaznaczyła się na nich wyraźniej.
Nieznaczne kredowanie wystąpiło równomierne na wszystkich powłokach,
2.2. Badania eksploatacyjne farb
do malowania wagonów osobowych
8.2.1. Doświadczalne malowanie wagonów
W ramach badań eksploatacyjnych prowadzonych w latach 1976-1977 pomalowano
łącznie nowymi farbami 70 wagonów osobowych PKP, w tym:
- 61 wagonów typu Bipa, będących w naprawie głównej w ZNTK. Pruszków;
- 2 nowe wagony typu 111Ag, wyprodukowane w Zakładach Cegielskiego w
Poznaniu;
- 5 nowych wagonów typu 120 A, wyprodukowanych przez Pafawag we Wrocławiu;
- 2 wagony elektrycznych zespołów trakcyjnych, będących w naprawie głównej w
ZNTK Mińsk Maz.
Wagony osobowe w ZNTK Pruszków były malowane farbami poliuretanowymi
produkcji Lipskiej Fabryki Farb i Lakierów na szpachlówce emulsyjnej i
gruncie UIC nr 3. Próby wykonano w taki sam sposób jak w pracy [2] i
uzyskano pozytywne wyniki.
Wagony osobowe w Poznaniu i Wrocławiu były malowane zestawem farb i emalii
poliuretanowych krajowych, opracowanych przez Instytut Przemysłu Tworzyw i
Farb w Gliwicach. W zestawie tym zastosowano również szpachlówkę emulsyjną.
W podsumowaniu próbnych malowań przeprowadzonych w Zakładach Cegielskiego i
Pafawagu stwierdzono pewne niedoskonałości krajowych farb poliuretanowych,
jak niedostateczną rozlewność, tendencje do zacieków, lokalne dziurkowanie i
smugowanie.
2,2.2. Przeglądy powłok na wagonach
Obserwacje powłok były prowadzone głównie na wagonach pomalowanych
doświadczalnie w czasie wykonywania pracy [2] w 1975 r. Wagony pomalowane w
ramach omawianej pracy miały zbyt krótki okres starzenia.
Z dziesięciu wagonów osobowych pomalowanych w 1974 r. w Pafawagu krajowymi
farbami poliuretanowymi trzy zostały zakwalifikowane
do dalszych obserwacji w 1978 r. Ich powłoka była w dobrym stanie, w dużym
stopniu zachowała połysk i kolor, a lokalne uszkodzenia mechaniczne zostały
zamalowane. Siedem wagonów skreślono z harmonogramu przeglądów ze względu na
niezadowalający stan ich powłok.
Z trzech wagonów osobowych, pomalowanych w 1974 r. w ZNTK Pruszków farbami
poliuretanowymi produkcji NRD, po czterech latach eksploatacji w najlepszym
stanie był wagon pomiarowy COB nr 973 (barwa i połysk prawie całkowicie
zachowane, brak większych uszkodzeń mechanicznych). Powłoka pozostałych
wagonów była nieco gorsza, tzn. połysk i barwa były zachowane w znacznym
stopniu, lecz występowały odpryski, które zamalowano podczas naprawy
okresowej. Wagony będą dalej obserwowane w 1978 r.
2.3. Przewidywane efekty ekonomiczne stosowania powłok poliuretanowych
Zagadnienie opłacalności zastąpienia powłok alkidowych na wagonach powłokami
poliuretanowymi zostało wnikliwie i szczegółowo zbadane w pracy [1], Do
oceny efektywności wprowadzania nowej powłoki przyjęto w niej tzw.
syntetyczny wskaźnik efektywności, wyrażający stosunek nakładów związanych
ze stosowaniem określonej powłoki do uzyskanego efektu użytkowego.
Przy stosowaniu powłok malarskich do ochrony wagonów osobowych przed korozją
ponosi się następujące koszty:
- prewencyjne, tj. koszty w fazie produkcji wagonu;
- operacyjne, związane z kolejnymi renowacjami powłoki;
- utraconych korzyści, wyrażające wartość pracy nie wykonanej przez wagon z
powodu wycofania go z eksploatacji na czas wykonania powłoki. Syntetyczny
wskaźnik efektywności, obliczony
dla różnych powłok, wynosi:
- E1 = 13447,38 zł/wagon dla powłok alkidowych,
- E2 = 7941,90 zł/wagon dla powłok epoksyestrowych,
- E3 = 6168,40 zł/wagon dla powłok poliuretanowych.
Porównując kolejno wskaźniki efektywności powłok można stwierdzić, że
najefektywniejsze są powłoki poliuretanowe.
W pracy [1] przyjęto, że przeciętna liczba nowych wagonów osobowych,
oddawanych w ciągu jednego roku do eksploatacji na PKP, wynosi około 300.
Wyliczono, że zastąpienie w tych wagonach powłok alkidowych poliuretanowymi
w ciągu jednego cyklu naprawy głównej przyniesie oszczędności około 25 mln
zł rocznie [1].
2.4. Wnioski
1. Pozytywne wyniki badań eksploatacyjnych powłok wagonów na stacji
korozyjnej i kontrolnych badań laboratoryjnych próbek farb poliuretanowych
produkcji NRD potwierdzają słuszność wniosków zawartych w pracy [2] oraz
uzasadniają zalecenie tych farb do wdrożenia na PKP.
2. Technologia malowania farbami poliuretanowymi powinna być zgodna z
"Wytycznymi stosowania", stanowiącymi załącznik nr 2 do pracy [2].
3. Farby poliuretanowe produkcji krajowej zostaną zalecone do wdrożenia na
PKP po ich udoskonaleniu i usunięciu braków stwierdzonych podczas malowania
wagonów (rozlewność, ściekalność i smugawanie).
4. Do czasu uzyskania farb poliuretanowych krajowych odpowiedniej jakości
należy do malowania wagonów osobowych stosować farby poliuretanowe produkcji
NRD.
5. Farby poliuretanowe powinny być stosowane do malowania wagonów osobowych
nowych albo w naprawach głównych w następującym zestawie:
- farba przeciwrdzewna ftalowa S-2003 lub przeciwrdzewna UIC nr 3 (w
zależności od możliwości technicznych zakładu),
- szpachlówka emulsyjna.
- farba poliuretanowa NRD (symbol 8020/2414),
- emalia poliuretanowa NRD (symbol 8040/244).
3. ETAP II
3.1. Badania laboratoryjne
3.1.1. Charakterystyka badanych materiałów malarskich
Badaniami laboratoryjnymi objęto następujące materiały malarskie, pobrane w
czasie malowania wagonów w zakładach naprawczych. Zastalu lub otrzymane z
Instytutu Przemysłu Tworzyw i Farb w Gliwicach:
- wodorozcieńczalną farbę; ftalową podkładową, czerwoną, tlenkowa, schnącą
na powietrzu;
- emalie wodorozcieńczalną, czerwoną, tlenkową, schnącą na powietrzu;
- farbę wodorozcieńczalną grubopowłokową, schnącą na powietrzu;
- podkład ftalowy modyfikowany, schnący na powietrzu, przeciwrdzewny, żółty
S-2003, o symbolu 3231-006-130;
- farbę ftalową UIC nr. 3 do gruntowania dla taboru kolejowego, czerwoną,
tlenkową o symbolu 3123-115-250.
Z porównania wyników badań wyrobów wodorozcieńczalnych wielowarstwowych z
wynikami badań farby wodorozcieńczalnej jednowarstwowej grubopowłokowej
widać, że farba grubopowłokowa jest lepszym wyrobem, zarówno jeśli chodzi o
technologiczność w czasie jej nakładania, jak i o właściwości powłoki z niej
otrzymanej. Farba ta charakteryzuje się najwyższym stopniem ściekalności
(10), co umożliwia nakładanie wyrobu metodą natrysku hydrodynamicznego i
uzyskiwanie suchej powłoki o dość dużych grubościach (80-90 um), bez
tworzenia zacieków na płaszczyznach pionowych. Ponadto odporność powłoki z
farby grubopowłokowej na działanie wody jest lepsza od pozostałych. Po 17
godzinach zanurzania występuje tylko nieznaczne zmatowienie znikające po 2
godzinach bez objawów spęcherzenia, podczas gdy na pozostałych powłokach
spęcherzenie występuje.
Skontrolowano również jakość farb do gruntowania, użytych do doświadczalnego
malowania wagonów, tj. farbę UIC nr 3 i S-2003. Wyniki badań okazały się
zgodne z normami przedmiotowymi. Dodatkowe badania porównawcze obu farb do
gruntowania w komorze solnej potwierdziły lepszą trwałość i odporność na
korozję farby S-2003 od UIC nr 3.
3.1.2. Wyniki badań na stacji korozyjnej
Powłoki do badań na stacji korozyjnej przygotowano nakładając farby w
różnych zestawach pędzlem na płyty stalowe o wymiarach 20 X 32 cm.
Obserwacje prowadzono w ciągu trzech lat po różnych okresach ekspozycji
powłok, w tym także eksponowanych w czasie badań laboratoryjnych
przeprowadzonych w ramach pracy [2].
Stwierdzono, że najszybciej zmiany zaszły na powłoce wykonanej z farb
wodorozcieńczalnych (gruntowych i nawierzchniowych). Zauważono
charakterystyczne spękania na całej powierzchni. Nieliczne pęcherze i
wykwity korozji pojawiły się również na powłoce z emalii wodorozcieńczalnej
na gruncie poliwinylowym. Dobre wyniki uzyskano po zastopowaniu zestawu
złożonego z farb wodorozcieńczalnych na gruntach S-2003 i UIC nr 3. Powłoki
wykazywały jedynie lekkie zmatowienie i zabrudzenie oraz niewielką zmianę
barwy.
Podobne wyniki dały badania porównawcze przeprowadzane w komorze solnej.
Powłoki wykonane z farby wodorozcieńczalnej na gruncie S-2003 nie ulegały
zmianom, natomiast na powłokach z farb i emalii wodorozcieńczalnych
zauważono po dziesięciu cyklach pęcherze i wykwity korozji.
3.2. Badania eksploatacyjne przeprowadzone na wagonach towarowych
3.2.1. Doświadczalne malowanie wagonów
W ramach badań eksploatacyjnych prowadzonych w latach 1976-1977 pomalowano
łącznie nowymi farbami 105 nowych wagonów towarowych PKP, w tym:
a) 89 wagonów w Zastalu w Zielonej Górze:
- 73 wagony farbami wodorozcieńczalnymi normalnymi (farba + emalia) na
gruncie UIC nr 3,
- 4 wagony emalią wodorozcieńczalną na gruncie S-2003,
- 12 wagonów farbą wodorozcieńczalną grubopowłokową na gruncie UIC nr 3 i
bez gruntu;
b) 16 wagonów w ZNTK Ostrów:
- 10 wagonów farbą i emalią wodorozcieńczalną na gruncie UIC nr 3,
- 6 wagonów farbą wodorozcieńczalną grubopowłokową na gruncie UIC nr 3.
W Zastalu wagony malowano metodą natrysku hydrodynamicznego, przy użyciu
pistoletu firmy Graco. Każdy wagon malowano dwoma zestawami farb: jedną
ściany boczną i czołową dotychczas stosowanym zestawem UIC nr 3, natomiast
drugą ścianę boczną i czołową zestawami próbnymi, które wymieniono w punkcie
a.
W czasie próbnych malowań w Zastalu na ogół uzyskiwano wyniki pozytywne.
Nowe wyroby, tj. farba do gruntowania S-2003 i wyroby wodorozcieńczalne, nie
stwarzały trudności przy nakładaniu. Uzyskiwano powłoki o dobrym wyglądzie,
jedwabistym połysku, bez większych zacieków i chropowatości. Były natomiast
kłopoty z powłokami z farb wodorozcieńczalnych normalnych. Po wystawieniu
kilku wagonów na zewnątrz hali pojawiły się na nich drobne pęcherze.
Ponieważ po kilku godzinach zniknęły, powłoki te również poddano próbnej
eksploatacji. Ponadto w dolnych częściach wagonów przy malowaniu farbą
grubopowłokową powstawały niewielkie zacieki.
W ZNTK Ostrów Wlkp. całe wagony malowano zestawami próbnymi za pomocą
aparatu do natrysku hydrodynamicznego firmy de Vilibise. Przy nakładaniu
wyrobów wodorozcieńczalnych normalnych (farba + emalia) były kłopoty ze
ściekaniem emalii, natomiast bardzo dobrze wypadły próby z farbą
wodorozcieńczalną grubopowłokową. Przy jednokrotnym nakładaniu uzyskiwano
powłokę grubości 350-400 um na mokro bez zacieków i średnio 100-120 um po
wyschnięciu.
3.2.2. Przeglądy powłok na wagonach towarowych
Obserwacje powłok były prowadzone głównie na wagonach pomalowanych
doświadczalnie w czasie wykonywania pracy [2], po kilku latach eksploatacji.
Wagony pomalowane farbą S-2003 poddano przeglądowi po roku eksploatacji i
stwierdzano dobry stan powłok (bez zniszczeń, o lepszym połysku), lepszy od
stanu powłok wykonanych zestawem tradycyjnym UIC.
Po dwóch latach eksploatacji stan powłok wykonanych zestawem z farb
wodorozcieńczalnych na gruncie UIC nr 3 był dobry, natomiast po 2,5 roku
eksploatacji jakość powłok wykonanych samymi farbami i emalia
wodorozcieńczalna była niezadowalająca. Podobne wyniki uzyskano po 3,5 roku
eksploatacji w przypadku powłok z farby wodorozcieńczalnej firmy Stollack.
Przeglądy powłok będą dalej prowadzone w ramach wdrażania omawianego tematu
w latach 1978-1979.
3.3, Przewidywane efekty ekonomiczne zastosowania nowoczesnych powłok
ochronnych
Zastosowanie do malowania wagonów towarowych farby wodorozcieńczalnej
grubopowłokowej na gruncie S-2003 lub UIC nr 3 zamiast stosowanych obecnie
Farb UIC nr 3, 10 i 12 wpłynie na poprawę; jakości zapobiegania korozji, a
co za
tym idzie na zmniejszenie strat powstających w taborze z tego powodu.
Na temat ekonomicznych skutków korozji w wagonach towarowych PKP były
prowadzone szczegółowe badania. Stwierdzono, że koszty likwidacji korozji
stanowią 30% ogółu kosztów naprawy rewizyjnej, 12% wszystkich kosztów
naprawy średniej i 32% kosztów naprawy głównej. W związku z tym roczne
wydatki PKP na usuwanie skutków korozji wynoszą 490 mln zł (dokładne
obliczenia znajdują się w oryginale omawianej pracy). Jeśli zwiększenie
trwałości zabezpieczenia przed korozją z tytułu wprowadzenia nowych farb
wpłynie na zmniejszenie tych wydatków przynajmniej o 5%, to oszczędności
wyniosą 24,5 mln zł rocznie.
Zastosowanie nowych powłok ochronnych umożliwi także zmniejszenie liczby
warstw powłoki malarskiej z trzech do dwóch, dzięki czemu zostanie skrócony
czas malowania wagonów, a więc i czas ich postoju.
Obecnie średnia długość postoju wagonu wynosi 10,1 dnia podczas naprawy
głównej, 8,3 dnia podczas naprawy średniej i 7,6 dnia podczas naprawy
rewizyjnej. Skrócenie tego czasu o 5% oznacza zatem 1048760 wag/h (dokładne
obliczenia znajdują się w oryginale omawianej pracy). Ponieważ przeciętny
dochód PKP z jednego wagonu wynosi 17,87 zł/h, więc oszczędności ze
skrócenia postoju wyniosą: 1048760 X 17,87 zł = 18 720 366 zł. Krótszy
postój wagonu oznacza także lepsze jego wykorzystanie i zwiększenie
przewożonej masy towarowej.
Roczne oszczędności związane z wprowadzeniem na PKP nowych farb do malowania
wagonów towarowych powinny wynieść: 24,5 mln zł + 18,5 mln zł = 43 mln zł.
Dodatkową korzyścią wynikającą z zastosowania farb wodorozcieńczalnych
grubopowłokowych jest zmniejszenie zagrożenia pożarowego w malarniach,
ponieważ rozpuszczalnikiem tych farb jest woda.
3.4. Wnioski
1. Farba wodorozcieńczalna grubopowłokowa charakteryzuje się dobrą
technologicznością przy nakładaniu hydrodynamicznym na powierzchnie pionowe,
nie tworzy zacieków, ma najwyższy stopień ściekalności (10), a powłoki z
niej otrzymane są odporne na działanie wody.
2. Farba wodorozcieńczalna grubopowłokowa w zestawie z farbą do gruntowania
S-2003 (ewentualnie UIC nr 3) daje powłoki odporne na działanie mgły solnej
(badania w komorze solnej) oraz wpływów atmosferycznych (badania na stacji
korozyjnej i na wagonach).
3. Pozytywne wyniki badań eksploatacyjnych na wagonach, na stacji korozyjnej
i kontrolnych badań laboratoryjnych próbek farby wodorozcieńczalnej
grubopowłokowej uzasadniają zalecenie tego wyrobu do malowania wdrożeniowego
wagonów towarowych PKP.
4. Technologia malowania wagonów farbą wodorozcieńczalną grubopowłokowa
powinna być zgodna z "Wytycznymi stosowania", stanowiącymi załącznik do
omawianej pracy.
5. Farbę wodorozcieńczalną grubopowłokową należy stosować tylko na
powierzchnie uprzednio zagruntowane farbą przeciwrdzewną S-2003 (ewentualnie
UIC nr 3).
6. Farby wodorozcieńczalne cienkopowłokowe, dwuwarstwowe nie zostały
wytypowane do stosowania na PKP ze względu na niedostateczną odporność na
wodę, mgłę solna i nieodpowiednią ściekalność, tj. wykazują tendencje do
ściekania zwłaszcza po nałożeniu jednej grubszej warstwy zamiast dwóch
cienkich.
Pracę zakończono podaniem Tymczasowych Warunków Technicznych dla farby
wodorozcieńczalnej grubopowłokowej i wytycznych do wdrożeniowego malowania
wytypowaną farbą. TWT i wytyczne dla farb poliuretanowych zostały podane w
pracy [2].
BIBLIOGRAFIA
1. Wolańska T.: Ekonomiczne kryteria wyboru powłok ochronnych stosowanych w
procesie produkcji i naprawach wagonów osobowych. 1976, maszyn. Rozprawa
doktorska. Akademia Ekonomiczna we Wrocławiu.
2. Zarecka I.: Badania laboratoryjne nowości z dziedziny farb i lakierów w
zastosowaniu do malowania wagonów PKP. 1975, maszyn. Praca naukowo-badawcza
(Temat 3112.11) COBiRTK, Warszawa. Druk streszczenia w "Pracach COBiRTK"
1976, nr 65.