最新汽車環保涂裝工藝實踐

李黎明 曹霽鶇 李干濤

【摘 要】隨著環保意識的日益提升，國家和地方陸續對VOCs排放提出更加嚴苛的要求，以此引導企業優化工藝、減少VOCs排放。本文立足于汽車涂裝車間，針對目前國內普遍應用的3大涂裝工藝：溶劑型傳統工藝、水性傳統工藝以及緊湊型工藝，在減少工藝改造和投資成本的前提下，提出降低VOCs的產品升級方案。

【關鍵詞】汽車環保;涂裝工藝;實踐

1 汽車涂料VOC排放所面臨法律法規的挑戰

中國汽車工業的快速發展起步于1998年。至2019年，中國汽車年產量已達2570萬輛，巨全球第一。汽車行業作為現代化社會的標志性產業，其快速發展過程中伴隨的環境污染尤其是大氣污染受到社會各階層的廣泛關注。近幾年，國家和地方對涂裝車間大氣污染排放提出更為嚴格的要求，不僅規定了單位涂裝面積污染物排放限值，同時也對涂料VOCs含量提出了新的要求。

2 傳統溶劑型工藝降低VOCs方案

傳統溶劑型工藝在產品性能、材料成本、管理成本、設備投資和能源成本等方面都極具競爭力，2003年之前所建工廠基本采用此工藝。

若將傳統溶劑型工藝向水性工藝升級，改造成本和難度較大。設備改造方面：（1）水性涂料潛熱大、揮發慢，為使水性金屬漆漆膜濕度<10%（噴涂清漆前的要求），必須新增兩個閃干段來保證中涂和色漆層充分脫水，需優先考慮是否有足夠空間安裝閃干段;（2）水性涂料施工窗口窄，為獲得優質的漆膜，需嚴格控制噴涂環境的溫度和相對濕度，并長期保持在最佳范圍內——溫度（25±2）℃，相對濕度（65±5）%。因此必須新增控溫控濕設備;（3）水性漆的貯漆容器、輸漆管路、相關部件須采用不銹鋼材質，并需化學鈍化處理，工藝更改需重新采購、更換;（4）溶劑型金屬漆與水性金屬漆導電性存在較大差異，現有靜電噴涂設備無法滿足水性金屬漆靜電涂裝需求，設備須相應改造。制造成本方面：水性涂料的閃干/烘烤段將大幅增加能耗。綜上所述，傳統溶劑工藝若向傳統水性工藝改造，材料成本、設備投資以及能耗等方面挑戰較大，且能耗增加問題尤為突出。如將傳統溶劑型工藝改造為3C1B工藝，也需考慮原生產線是否有PVC烘干、中涂和面漆噴涂工藝位置可否直接相連等問題。上述兩種改造方案均存在一定的設備投入及對生產的潛在影響。相對而言，傳統溶劑型工藝向高固體分溶劑型涂料（以下簡稱高固）轉型更易實現。高固在施工要求上與傳統中低固溶劑型涂裝工藝一致，基本無需改造。但高固提高10%～25%的固體分，可從源頭上有效減少VOCs排放，最高可降低60%左右。

溶劑型（中低固）產品在向高固轉型時，需要關注的幾點：

（1）提升環境穩定性

高固產品因樹脂含量高，對溫度變化更敏感。因此產品轉換前建議先評估車間的溫控條件，盡可能降低不同季節下車間溫度和相對濕度波動。如投資受限，車間溫、濕度控制提升大，施工時需密切關注并調整涂料施工黏度，以降低漆膜缺陷產生的風險。

（2）調整機器人噴涂參數

高固的霧化難度加大，即使霧化口噴出的漆滴大小一致，也沒有傳統涂料細膩。為了達到相同的顏色效果，高固涂料需提升旋杯轉速，同時高固采用更多極性分子的溶劑以提高溶解分散能力，因此高固電阻率更低，靜電報警閥值需相應下調。最后，高固涂料固含高，為了達到與傳統涂料相同的涂層膜厚，可依據固含比例下調噴涂流量，亦可降低涂料耗量。

高固色漆在前期調試期間，在PVC膠條配套性上出現的問題：

（1）細密封膠條邊緣區域出現麻點。

該整車廠內表面采用手工噴涂，出現麻點區域，處于夾縫邊緣，加上鉸鏈遮擋，無法達到正常噴涂膜厚的要求，只有5μm左右。分析原因：色漆漆膜較薄的情況下，由于表面潤濕不良，在烘烤后表現為麻點。因此在涂料中增加表面張力助劑，并提升問題區域的噴涂膜厚，問題得到解決。

（2）密封膠條油漆開裂

開裂部位集中于尾燈區域的密封膠上，僅油漆開裂，膠條自身完整，對密封性能無影響。原因分析：在烘烤過程中，濕膜與密封膠的熱脹冷縮系數差異較大，加上漆膜中溶劑揮發速度較快，收縮速度快，造成開裂。通過調整產品溶劑體系，降低揮發速率，同時優化烘房升溫段的升溫速度，問題得以成功解決。

傳統溶劑工藝將低固涂料直接向高固涂料轉換，無需進行設備改造，在桔皮等級相同條件下，VOC排放可下降30%。因此傳統溶劑型工藝想要降低VOC，如不考慮油改水的升級要求，直接向高固產品切換是最省時省力的改造方案之一。

3 傳統水性涂料降低VOC

2006年國家環保總局頒布的《清潔生產標準汽車制造業（涂裝）》大大推動了水性漆的應用進程。在緊湊型工藝普及前，新建涂裝線基本采用傳統水性工藝。傳統水性工藝最大的挑戰來自于能耗。若能向緊湊型工藝轉型，材料、能耗降低效果均較為顯著。但受PVC烘烤需求以及工藝布局所限，改造難度大，在資金投入大的同時，還要考慮停產改造對生產的影響。目前有一種新型技術，以PPG的XP Basecoat為代表，可在電泳和打膠工藝后直接進行色漆噴涂及后續工藝，取消中涂噴涂，中涂烘烤以及中涂打磨工段。新工藝無需設備改造，直接達到緊湊型工藝的效果，可幫助降低施工成本30%左右。

中涂在傳統工藝體系中發揮著填充、抗石擊、吸收紫外線等重要功能。如取消中涂層，紫外線照射會導致電泳層粉化，因此尋找合適的紫外光吸收劑對新材料開發至關重要。新技術在色漆配方中部分引入中涂（B1）的配方設計，降低紫外線透射率，以確保涂層達到相關性能要求。

目前該技術已成功實現商業化的主要是黑和白（包括素色白和珍珠白）兩色，其他顏色，如紅、銀、藍等暫無商業化案例。在近幾年，黑白兩色幾乎占到市場50%以上色漆份額。傳統水性工藝向該工藝轉化時，可安排黑白兩色集中生產，選擇性關閉中涂噴涂，烘烤，以及打磨工藝。該技術相對于傳統水性工藝會略敏感，調試過程中車身內表面易出現針孔缺陷，但通過噴涂參數優化以及油漆助劑調整可得到有效解決。

4 水性緊湊型工藝

水性緊湊型工藝其產品VOCs含量與傳統水性工藝屬于同一水平，基本保持在300～520g/L范圍內，但其在節能降耗方面存在顯著優勢，已成為新建項目的首選，水性緊湊型工藝的最大難點在于工藝緊湊（涂層濕碰濕），閃干脫水率速率慢，烘烤過程涂層易出現針孔，因此，須從材料和工藝這兩方面同時著手優化以徹底解決該問題：（1）油漆材料部分：添加溶劑，控制涂料黏度以提升漆膜表干效果;（2）工藝部分：提升霧化效果，控制膜厚處于要求中位值，同時加大噴幅以使膜厚均勻。

5結語

降低涂料VOCs含量通常是向水性或高固兩個技術路線發展。無論溶劑型涂料還是水性涂料向高固技術上發展均是最快捷的方法，高固技術可以在原設備上直接投放使用，無需大的設備改造和投資，施工參數調整后即可達到同等的質量和外觀水平。減少成本投資和節能減排是涂裝行業永恒的課題，相信未來將會有越來越多新技術陸續出臺。

參考文獻：

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（作者單位：上汽通用汽車有限公司武漢分公司）