汽車涂裝中綠色環(huán)保技術(shù)的點滴應(yīng)用

葛永茂

江蘇悅達(dá)起亞汽車有限公司 江蘇省鹽城市 224002

1 引言

汽車制造與生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種環(huán)境污染，在涂裝方面主要來自于生產(chǎn)過程中大量使用的化學(xué)品材料。怎么做好汽車的綠色制造，主要需要在以下二個方面進(jìn)行：一方面優(yōu)化涂裝工藝，應(yīng)用各種新材料，從提高汽車外表面涂層的裝飾性，提高車身耐腐蝕功能以及更好的保護環(huán)境而努力；另一方面為適用新設(shè)備，新技術(shù)，以減少能源耗用，減少三廢排放，降低生產(chǎn)運營成本。

2 涂裝工藝與材料

2.1 前處理工藝與材料發(fā)展

當(dāng)前，高效、安全低污染的無磷前處理工藝（硅烷、鋯鹽和二者復(fù)合的前處理技術(shù)）已開始逐步替代常規(guī)的整車前處理磷化技術(shù)，該新工藝具有如下優(yōu)點：它的前處理液中不含有P、Ni、Mn、Zn、NO2等危險成分，從而大大降低了前處理有害物質(zhì)的污染程度，另因其排放廢水中不含第一類污染物重金屬，從而可取消排放水預(yù)處理工序車間排口的設(shè)計與建設(shè)，減少了設(shè)施建設(shè)費用及污水處理成本；新工藝為基材常溫下反應(yīng)，相對有磷工藝反應(yīng)需控制在35～40℃，有效降低了槽液反應(yīng)溫度，單位能耗大大減少;且膜反應(yīng)生產(chǎn)時間縮短至30～90s，僅為磷化處理時間的一半；反應(yīng)生成的沉渣比有磷工藝減少約90%或無沉渣，另還可減少工序（無表調(diào)和鈍化工序）和適合各種底材（如冷軋板材、鍍鋅鋼板、鋁材、銅復(fù)合材料等）共線加工的優(yōu)點。

2.2 CO2雪花/干冰微粒清洗技術(shù)

主要應(yīng)用于新能源汽車的高分子復(fù)合材料車體外覆蓋部件的清潔工序中，干冰清洗技術(shù)以細(xì)顆粒狀的干冰為主要清潔介質(zhì)，利用壓縮空氣使微粒狀干冰高速噴向被清潔物體的表面，使被清潔物體表層的污漬迅速冷凍至脆化并爆裂， 微粒狀干冰借助撞擊效應(yīng)迅速滲入清潔物基材與表面污漬中間，干冰迅速升華，體積膨脹，瞬時增加約八百倍，從而使得待清潔基材表面的污漬完全脫離剝落，實現(xiàn)清洗目的。它可以取代傳統(tǒng)水洗技術(shù)以及溶劑擦拭前的表面處理技術(shù)，優(yōu)勢如下：不采用化學(xué)藥品，無清洗廢水等污染物;清潔控制系統(tǒng)集成度高，功耗較少；清潔時各控制參數(shù)可調(diào)，能適應(yīng)各種形狀及不同底材的清潔要求，使得涂裝車間在綠色節(jié)能減排和降低運行成本方面取得了一定進(jìn)步。

2.3 電泳

汽車白車身電泳使用的陰極電泳漆需要同時具有泳透力好、涂層防銹性良好、涂層厚度內(nèi)外板差異小等特點。目前具有上述特點的高泳透力電泳漆已經(jīng)在國內(nèi)主流汽車廠家得到普及應(yīng)用，我司已于2015年適用。經(jīng)過對我司適用的ECO3600高泳透力電泳漆特性與工藝性能等參數(shù)的深入研究及參照國內(nèi)其它汽車廠家技術(shù)說明發(fā)現(xiàn)，高泳透力電泳漆具備了如下優(yōu)良特點：①良好的泳透性能，可使汽車內(nèi)表面及夾層電泳漆膜厚度達(dá)11μm以上以滿足防銹性能需要時，車身外表面電泳漆膜厚度由18～22μm減少到了15～18μm，可減少汽車單車表面電泳涂料消耗20%以上；②可滿足各種基材，并在基材中能夠保持涂層厚薄基本一致，具有較好的高邊緣防腐性、無鉛，低VOC，高外觀、低粗糙度等，可充分滿足3C1B等汽車面漆工藝條件，確保所噴涂的汽車車身表面效果；③良好的表面品質(zhì)可降低電泳打磨的強度，同時減少磨痕對涂層品質(zhì)的影響；④可以有效降低電泳涂層干燥溫度，實現(xiàn)低溫干燥、烘干涂層所需的的溫度下降至150～160℃，從而有效降低了能源消耗和二氧化碳排放量；⑤以往的電泳漆需管理的項目相比，高泳透電泳漆所需要控制的參數(shù)管理范圍也相對較大，在生產(chǎn)過程中的輕微變化對電泳漆膜品質(zhì)影響小，更加有利于涂裝現(xiàn)場的管理與控制。

3 密封膠

密封膠是作為汽車生產(chǎn)過程的輔助材料，它能夠有效簡化涂裝生產(chǎn)工藝，提升車身部品強度。特別在防漏，減震、隔熱、耐腐蝕、防塵、防松、降噪、防石擊，降低自重、增強車輛的舒適感和可靠性等領(lǐng)域都具有特殊作用。密封膠已成為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中所必不可少的基礎(chǔ)材料。低比重的PVC焊縫密封膠、膨脹型抗石擊底涂等新型材料不斷引入涂裝生產(chǎn)現(xiàn)場。通常普通的PVC密封膠的比重一般都是一點四零g/cm3，而低比重PVC密封材料的比重一般控制在0.9～1.0g/cm3，在采用同樣厚度密封材質(zhì)的情形下能夠有效減少密封材料使用量30%～35%。另汽車生產(chǎn)時所用的瀝青阻尼板形狀根據(jù)其在車身上的安裝部位及需求，外形差異較大，因此占據(jù)了較大的儲存空間，而且膠板鋪設(shè)時需投放大量勞動力，同時運輸及搬運過程中可帶入灰塵，污染涂裝車間環(huán)境，影響涂裝車身生產(chǎn)品質(zhì)。而采用新型的噴涂式減振隔間材料則可由機械手自動噴涂施工，從而實現(xiàn)膠板多式樣，多車種的柔性共線生產(chǎn)，減少了人員投入，降低了制造成本。目前噴涂式減振隔聲材質(zhì)主要有PVC塑料有機氣溶膠型、水基丙烯酸酯型等。

4 中面漆材料發(fā)展

4.1 中涂漆

中涂是指涂布在電泳底漆和車身面漆之間的涂層，起到連接電泳底層和面漆的功能，同時具備良好的填充性能，消除電泳底層如打磨砂磨紋等輕微不良；為面漆層提供良好的基底，增強與面漆之間的附著力，增加整個涂層的豐滿度。提高整個涂層的裝飾性和抗石擊性。中涂層膜厚度通常為28～40微米，目前各大汽車廠家普遍應(yīng)用水性中涂漆以滿足環(huán)保要求。如我司適用的水性聚氨酯涂料，其施工固體分一般要求為50%～60%。而隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，高固體份中涂漆也在不斷的投入使用，通常采用氨基、聚氨酯、聚酯氨基等樹脂生產(chǎn)的高固體份中涂漆，其施工固體分可超過60%，甚至達(dá)到70%，較一般中涂漆增加約10%～20%，VOC排放量則可下降約20%～30%。另粉末涂料雖然是VOC排放量較低的涂料之一，但卻因為自動噴涂時清洗換色難等原因而長期未能應(yīng)用。目前，國內(nèi)除個別的車用零部件工廠以外，整車還沒有應(yīng)用先例，但隨著噴涂設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)以及粉末水漿工藝技術(shù)的完善，未來這項新涂裝技術(shù)也將變成汽車廠家的首選之一。

4.2 面漆

汽車用面漆是汽車多層涂裝中最后一層涂料，其可提升汽車的裝飾性，提高涂層的耐侯性、耐蝕性，延長汽車的使用壽命，它在車體涂料中起到了關(guān)鍵的防護功能。通常由罩光漆和色漆組成。汽車用面漆通常應(yīng)具備亮麗的顏色、極好的機械強度以適應(yīng)汽車行駛中的震動，要求涂膜堅韌耐磨，抗石擊性，抗摩擦性，抗劃傷性好和良好的耐久性。目前，高檔車輛面漆材料大多使用氨基、醇酸、丙烯酸、聚氨酯樹脂等作為基料，耐久性良好的有機顏料和無機色素，再加上某些助劑，如紫外線吸收劑、流平劑、抗縮孔劑、電阻調(diào)制物等來獲得滿意的外形與性能。未來，面涂的主要趨勢將是涂料水性化、粉末化、高固含量。水性面涂涂料一般采取“顏色底漆+罩光清漆”的配套方法，現(xiàn)水性面涂已普遍采用，其不僅耐候性和裝飾性都較好，且由于以水為主要溶劑，涂裝過程中的VOC排放量也大大減少了，同時由于仍存在2%～15%的有機溶劑，對施工條件和烘干環(huán)境的要求仍然很高，因此總體生產(chǎn)成本也較高。而從發(fā)展趨勢上來看，無溶劑水性漆仍將作為未來開發(fā)的主要方向。目前，汽車用罩光清漆主要為溶劑型，導(dǎo)致VOC排放量較大；而從綠色環(huán)保角度出發(fā)，未來的罩光清漆必將以雙組分、水性漆、粉末漆等為主;水性罩光清漆是在20世紀(jì)90年代為滿足環(huán)境保護需要而研發(fā)的環(huán)保型涂料。這種涂料生產(chǎn)及使用成本較高、性能穩(wěn)定性不夠等缺點，因此還沒有被行業(yè)廣泛引用。2K高固化體份溶劑型使用范圍更加廣泛，在滿足VOC控制需求的同時，防碰傷能力提高;粉末罩光漆大多使用丙烯酸樹脂的粉末涂料，其生產(chǎn)成本相比于雙組分聚氨酯清漆來說明顯較高，但它節(jié)省了廢棄物處置、VOC處理等其它運行成本，而隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴展，以及原材料成本的不斷下降，其直接成本也會更加接近于雙組分聚氨酯清漆，將進(jìn)一步獲得推廣。

5 涂料新技術(shù)&新設(shè)備

5.1 前處理電泳車身翻滾輸送技術(shù)

汽車白車身在進(jìn)行涂裝前處理電泳時，車身在沿生產(chǎn)線運行過程中，能夠邊向前進(jìn)邊完成縱向360°旋轉(zhuǎn)。這項方法已經(jīng)在涂裝工廠前處理電泳工序等環(huán)節(jié)中被大量運用。這項技術(shù)的主要優(yōu)點就是它不再需要槽體出入斜坡，大幅減少前處理電泳設(shè)備的總長度，同時節(jié)省了設(shè)備投資、原材料建浴時各化學(xué)品的投入及生產(chǎn)過程中清洗液的消耗等，而且減少了車身表面產(chǎn)生流掛及污染，提升車身內(nèi)外部前處理電泳品質(zhì)。目前應(yīng)用比較廣泛且較有特色的產(chǎn)品有杜爾（DUERR）公司的RoDip和艾森曼公司的多能穿梭機（Vario-Shuttle）。

5.2 壁掛式噴漆機器人

將噴漆機器人的底座或手臂固定在噴漆室壁板外部，即是壁掛式噴漆機器人。壁掛式機器人不但能獲得更大的動作范圍，而且可通過降低噴漆機器人底座在噴漆室內(nèi)的面積，實現(xiàn)噴涂室內(nèi)機器人安裝區(qū)域?qū)挾葴p少，有效降低噴涂室內(nèi)機器人區(qū)域橫截面積；一般噴涂室寬度為5500mm，而外置的壁掛式噴漆機器人正常所需噴涂室內(nèi)寬度為4800mm，如我司三工廠因適用此項技術(shù)最終實現(xiàn)噴涂室內(nèi)機器人區(qū)域12.7%的送風(fēng)率減少，即減少了12.7%的空調(diào)能耗;極大程度上改善了涂裝車間的整體能源消耗，降低了生產(chǎn)成本。

5.3 循環(huán)使用噴漆房空調(diào)風(fēng)

涂裝噴漆房的送排風(fēng)量都較大，特別是適用水性涂料后，對噴漆房送風(fēng)溫度，濕度有著嚴(yán)格要求，為達(dá)成此目的，需消耗大量能源以滿足其要求。以前送往噴漆房的空調(diào)風(fēng)在經(jīng)過噴漆房以及漆霧循環(huán)水處理系統(tǒng)之后都直接排入了大氣中。目前，越來越多的涂料車間開始循環(huán)再使用于噴漆房的空調(diào)風(fēng)，特別是適用水性涂料噴漆房的排氣通過漆霧凈化，過濾處理后，VOCs濃度較低，這樣就能夠?qū)⑷斯ぷ鳂I(yè)區(qū)的排氣循環(huán)再使用到機器人噴涂作業(yè)區(qū)及流平室等無人區(qū)域，這樣降低了新鮮空調(diào)風(fēng)的使用量，進(jìn)而實現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

我司涂裝車間中涂噴漆房循環(huán)風(fēng)再使用方案是：中涂擦凈區(qū)的排氣在進(jìn)行過濾處理后， 循環(huán)使用于中涂機器人噴涂區(qū)域;面涂循環(huán)風(fēng)的使用方法是：通過將面漆擦凈區(qū)的排氣，同樣在經(jīng)過過濾處理后循環(huán)使用至色漆自動化機器人噴漆區(qū)，最終可以降低整個噴涂區(qū)的10.8%的新風(fēng)送風(fēng)量和相應(yīng)的能源消耗，實現(xiàn)綠色涂裝。

6 烘房能源節(jié)減與RTO余熱利用

6.1 涂裝烘房

為了實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，涂裝烘房對于涂裝來說是一道非常重要的工序。目前，工業(yè)涂裝中液體涂膜轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w漆膜離不開涂裝烘干設(shè)備烘房。涂裝烘房的溫度高，能源消耗大，約占整個涂裝過程能源消耗的15%～25%，而其中僅有約30%左右的熱能用于漆膜固化，其他大部份熱能隨臺車、烘房爐體和廢氣排放散失了。所以在烘房的設(shè)計及建設(shè)過程中，要格外注意以下幾個方面的節(jié)能：①烘房的保溫性能，主要取決于巖棉的保溫隔熱能力，并且要絕對保證內(nèi)板無縫焊接，無間隙發(fā)生，以杜絕熱蒸氣流入保溫層，形成熱橋以造成熱量散失。因此通常在烘房運行時，烘房保溫層外板的溫度須低于45℃；②烘房進(jìn)出口微負(fù)壓設(shè)計，防止?fàn)t內(nèi)熱氣體的溢出，一般情況下負(fù)壓風(fēng)量在500Nm3/h左右；③爐內(nèi)烘干廢氣的合理排放量，一方面這種排放量的設(shè)定更多是為了安全著想，防止?fàn)t內(nèi)溶劑濃度達(dá)到爆炸極限造成安全事故，因此大部份設(shè)計人員都把排放量設(shè)定的很大，從而導(dǎo)致大部份烘房的廢氣排出能耗都超過60%左右，而絕大部份的爐內(nèi)溶劑含量都不足于10%LEL（通常設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是＜25%LEL），從而造成爐內(nèi)大量的熱能空排，造成能源浪費；另一方面，爐內(nèi)廢氣排放量設(shè)置基準(zhǔn)為烘房內(nèi)滿車身干燥時的排放量，與烘房內(nèi)待干燥車身的數(shù)量沒有關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致在烘房升溫及非連續(xù)生產(chǎn)過程中，烘房廢氣排放量過大，造成能源浪費，為解決以上現(xiàn)象，可設(shè)置廢氣排放伺服控制，排氣量多少與爐內(nèi)待干燥車身數(shù)量及廢氣濃度等關(guān)聯(lián)，從而有效降低能源。

6.2 噴漆室濃縮RTO與烘房RTO

噴漆室濃縮RTO一般是針對使用油性涂料的噴漆室，油性涂料造成噴漆室排氣VOC排放量大；濃縮RTO就是為改善此排氣狀況而發(fā)展出來的一項新型工藝技術(shù)，它采用沸石轉(zhuǎn)輪濃縮技術(shù)與高溫焚燒相結(jié)合，將噴漆室大風(fēng)量，低VOC濃度的排氣經(jīng)多重過濾袋過濾去除廢氣中顆粒物后（保證沸石多孔結(jié)構(gòu)不被堵塞），再通過沸石轉(zhuǎn)輪（吸咐+脫咐）后濃縮形成高濃度、小風(fēng)量的廢氣，再高溫焚燒，從而降低了廢氣處理運營成本，提升了廢氣處理效率。在處理噴漆室大風(fēng)量、低濃度排氣時，若不用沸石轉(zhuǎn)輪，直接進(jìn)行焚燒，則運營成本高昂。而先通過沸石轉(zhuǎn)輪濃縮，生成的高濃度、低風(fēng)量的廢氣則可有效降低廢氣燃燒成本，其次濃縮后的高濃度的廢氣本身可作為燃料，從而在燃燒時也能夠降低燃料的消耗。烘房RTO是蓄熱式熱能燃燒裝置，它能充分利用處理物的燃燒熱，其基本原理是把來自涂裝車間烘房的廢氣在780℃上焚燒，使廢氣中的揮發(fā)性有機化合物完全轉(zhuǎn)化成CO2和H2O。燃燒所生成的高溫氣體通過特制的蜂窩式陶瓷蓄熱材，使陶瓷材料升溫并“蓄熱”。此“蓄熱”可以釋放用來預(yù)熱隨后進(jìn)入到的RTO的廢氣，從而節(jié)約廢氣升溫時的燃料消耗。另因烘房RTO裝置燃燒后排出的氣體溫度高達(dá)180℃左右，為了利用這部分能量，可建設(shè)余熱回收裝置，用來預(yù)加熱涂裝烘干爐的新鮮空氣或用于前處理槽液加熱，以更進(jìn)一步地降低涂裝能源消耗。

7 結(jié)語

汽車涂裝是一種能源密集型產(chǎn)業(yè)，“汽車綠色涂裝工廠”方案能使企業(yè)真正實現(xiàn)高效生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保。“綠色涂裝”是由當(dāng)今各大汽車制造企業(yè)共同研發(fā)的課題，從涂裝新材料，到涂裝新工藝等各方面進(jìn)行革新以實現(xiàn)增收節(jié)支，節(jié)能減排目的。綠色工廠的理念對于如令低碳環(huán)保時代的意義不言而喻， 因此，對于汽車涂裝新工藝、新材料和新裝備的研發(fā)，需要繼續(xù)不斷探索，并逐步實現(xiàn)應(yīng)用和普及。