專注水性工業(yè)涂料
涂裝一體化集成服務(wù)商
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2022-12-09
40多年的改革開放，中國(guó)以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為主，建成工業(yè)大國(guó)，成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體。隨著合資化，杜爾、艾森曼、大氣社、帕卡等涂裝工程公司承建國(guó)內(nèi)汽車整車涂裝線，引領(lǐng)和促進(jìn)了我國(guó)汽車涂裝行業(yè)的成長(zhǎng)和國(guó)際化發(fā)展。機(jī)械設(shè)計(jì)研究院四院、九院等組建工程公司，消化引進(jìn)新技術(shù)，新建的車身涂裝線充分體現(xiàn)了“綠色涂裝理念”，環(huán)保，節(jié)能減排，自動(dòng)化程度都達(dá)到世界先進(jìn)水平。本文根據(jù)汽車涂裝現(xiàn)狀，從汽車涂裝新技術(shù)、新材料應(yīng)用角度剖析汽車涂裝及其發(fā)展趨勢(shì)。
中國(guó)的環(huán)保政策法規(guī)日趨嚴(yán)格，VOC排放相關(guān)法規(guī)及國(guó)家“十二五”大氣防治法規(guī)劃中要求，新建機(jī)動(dòng)車制造涂裝項(xiàng)目，水性涂料等低揮發(fā)性有機(jī)物含量涂料占總涂料使用量比例不低于80%。全國(guó)對(duì)于VOC含量>420 g/L的涂料，從2015年2月1日開始征收銷售額4%的涂料消費(fèi)稅。各地方政府針對(duì)汽車涂裝陸續(xù)提出越來(lái)越嚴(yán)格的VOC排放限值要求，甚至對(duì)涂料中的VOC含量限值要求也越來(lái)越嚴(yán)。
硼的限制：硼酸、硼酸鈉、三氧化二硼、四硼酸鉀等已經(jīng)進(jìn)入需要禁止使用的物質(zhì)清單。
鎳的限制：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求鎳需要處理至0.5 mg/L以下，環(huán)境敏感區(qū)域鎳需要處理到0.1 mg/L 以下。
硫酸鹽、一氧化物、氫氧化物、硝酸鹽、磷酸氫鹽和氯化物等全面禁止。
亞洲地區(qū)其他限制使用物質(zhì)的法律法規(guī)：不含磷的要求等。
政府對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的立法決定了輕量化的市場(chǎng)導(dǎo)向：復(fù)合金屬材料的應(yīng)用；先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和熱成型鋼的應(yīng)用；加大鋁材的使用量；新型材料(如鎂合金)的應(yīng)用；改進(jìn)(邊緣)腐蝕防護(hù)性；鋅/鎂涂層等。
以綠色理念為指導(dǎo)，綜合運(yùn)用綠色設(shè)計(jì)、工藝制造、包裝、供應(yīng)鏈管理、回收處理等為一體的科學(xué)技術(shù)，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，環(huán)境負(fù)面影響最小，資源利用率最高，保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。
為了減少工藝成本、降低能耗水耗、減少維護(hù)成本、提高效率，傳統(tǒng)汽車涂裝工藝越來(lái)越感到捉襟見肘，因此綠色新材料、新工藝、新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由乘用車涂料應(yīng)用趨勢(shì)(表1)可以看出，水性漆使用越來(lái)越多，尤其是水性緊縮工藝到2020年已達(dá)到了34%，成本和效率催生技術(shù)變革，新工藝將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝。
從節(jié)能降耗、環(huán)保及人機(jī)工程方面考慮，創(chuàng)建綠色智能涂裝車間是現(xiàn)代化涂裝線發(fā)展及規(guī)劃的方向。
1）節(jié)能：CO2消減終極目標(biāo)為100 kg/臺(tái)(約296kW·h/臺(tái))以下。
2）減排：降低 VOC排放，終極目標(biāo)為不高于15 g/m2；降低廢水排放，終極目標(biāo)零排放；降低危險(xiǎn)重金屬、有害物排放，終極目標(biāo)零排放；降低危險(xiǎn)廢物排放。
3）人機(jī)工程：改善職業(yè)健康，提升生產(chǎn)線自動(dòng)化率，密封(車底、車內(nèi))、噴漆(內(nèi)、外)及擦凈等工序采用機(jī)器人取代人工操作；提升設(shè)備的可靠性、易操作性和可維護(hù)性等。
建設(shè)智能化、數(shù)字化智慧工廠是涂裝產(chǎn)品及工藝規(guī)劃發(fā)展方向。產(chǎn)品及工藝設(shè)計(jì)階段的數(shù)字化模擬，產(chǎn)品和設(shè)備的工藝性驗(yàn)證；關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機(jī)器人替代；工廠自控化率、生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動(dòng)采集率分別在90%以上；建立車間級(jí)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不同裝備之間實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通和有效的集成；建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的全過(guò)程閉環(huán)管理；利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理和決策智能優(yōu)化。
新材料、新工藝研究應(yīng)用體現(xiàn)在干冰清洗、有色清漆、低溫水性漆等很多方面，具體見表2所列。
涂裝工藝布局設(shè)計(jì)多采用主體二層、局部三層結(jié)構(gòu)，工藝分布詳見表3。
翻轉(zhuǎn)輸送技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：1）有效避免車身內(nèi)電泳氣室現(xiàn)象，提高腔內(nèi)防腐能力；2）減少車身表面顆粒，質(zhì)量提升70%，打磨減少30%；3）縮短線體長(zhǎng)度及槽體體積，槽液減少23%，降低運(yùn)行成本；4）降低廢水排污量及處理費(fèi)用；5）綜合能耗減少16%。
鋅系磷化工藝流程：脫脂→水洗→表調(diào)→鋅系磷化→水洗→鈍化/水洗。
薄膜前處理工藝流程；脫脂→水洗→薄膜→水洗。
薄膜前處理不含有害金屬；室溫處理，無(wú)需特殊加熱；無(wú)需表調(diào)工藝；無(wú)需后續(xù)鈍化處理工藝；降低產(chǎn)渣量，處理時(shí)間短，控制簡(jiǎn)便。
薄膜高泳透力電泳漆材料開發(fā)目的：降低成本；提高內(nèi)腔耐腐蝕性；增加內(nèi)外表面膜厚的均勻性；配合綠色前處理工藝技術(shù)。開發(fā)前提是在保證電泳防腐蝕性、外觀(橘皮、粗糙度Ra：0.25~0.30 um)的情況下，降低外表面膜厚，提高漆膜厚度的均勻性。
LASD材料應(yīng)用主要為取代目前車身普遍采用的安裝阻尼片，可降低整車質(zhì)量(2~3 kg/臺(tái)）及整車降噪。LASD材料主要有PVC基、環(huán)氧基、水性丙烯酸基及橡膠基等。二合一、三合一多功能材料是指同時(shí)具有LASD、PVC抗石擊涂料及密封膠混合功能的材料。
車內(nèi)密封、車底密封及車底、車內(nèi)LASD機(jī)器人的應(yīng)用主要是為了提高自動(dòng)化率、減少操作人員、減少員工職業(yè)健康危害，同時(shí)對(duì)提升質(zhì)量及降低材料消耗有一定的作用。
目前免中涂工藝技術(shù)主要有：ECO-CONCEPT(2K色漆)水性B1B2、水性3C1B、高固含溶劑型3C1B、中低固含溶劑型3C1B等。
水性B1B2工藝取消了中涂噴漆、烘干、強(qiáng)冷、中涂打磨等作業(yè)工序，是行業(yè)最先進(jìn)的綠色噴漆工藝；減少20%以上能源成本，單車降低成本大于50元；減少25%以上輔材消耗，單車降低成本大于10元；VOC總量降低50%以上。
高固含溶劑型3C1B工藝：目前采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)溶劑型3C2B噴涂工藝的生產(chǎn)線，如改造成水性免中涂工藝，改造工作量大(機(jī)器人、輸調(diào)漆、噴房、空調(diào)、輸送改造、增加預(yù)烘爐等)，難度大，投資大，周期長(zhǎng)(停產(chǎn)周期預(yù)計(jì)超過(guò)3個(gè)月)。高固含溶劑型3C1B工藝將是標(biāo)準(zhǔn)溶劑型3C2B工藝未來(lái)重點(diǎn)考慮方向。目前的噴房條件、機(jī)器人及輸調(diào)漆可以滿足高固含溶劑型3C1B材料的要求，為滿足應(yīng)環(huán)保要求，可采用轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+RTO焚燒技術(shù)。
傳統(tǒng)濕式噴漆室采用文丘里水洗式捕集過(guò)噴漆霧，需要消耗大量的水，并需要補(bǔ)加化學(xué)藥劑(絮凝劑)處理漆霧。新型干式噴漆室采用石灰或高壓靜電吸附過(guò)噴漆霧，無(wú)需或需要少量水和藥劑；循環(huán)風(fēng)溫濕度接近工藝要求，一般只需要將溫度進(jìn)行微調(diào)，循環(huán)風(fēng)利用具有顯著節(jié)能效果，配合內(nèi)、外噴機(jī)器人應(yīng)用，可以將循環(huán)風(fēng)利用率提升到70%；傳統(tǒng)噴漆室循環(huán)風(fēng)濕度大，在循環(huán)風(fēng)利用時(shí)需要除濕，節(jié)能效果不如干式噴漆室。干式噴漆室比較有代表性的有DURR ECO DryScrubber、TKS (CEICO）DryScrubbe 以及EISEMANNEScrub、杰藝科 DRYCAR。
噴涂機(jī)器人在汽車涂裝行業(yè)已經(jīng)應(yīng)用比較廣泛和成熟。噴涂機(jī)器人的應(yīng)用不能單純地為提高HPV及有限的節(jié)能(降低風(fēng)速)，需要與面漆線未來(lái)節(jié)能減排整體考慮。即通過(guò)內(nèi)噴機(jī)器人(色漆、清漆)的應(yīng)用，將噴漆室機(jī)噴區(qū)最大化，整體考慮噴漆室機(jī)器人噴涂區(qū)域循環(huán)風(fēng)方案(同時(shí)，循環(huán)風(fēng)空調(diào)使用熱泵技術(shù)及空調(diào)窗口控制技術(shù))，最大限度減少新風(fēng)供給量（目標(biāo)20萬(wàn)m3/h 以下)。從而實(shí)現(xiàn)最小的噴漆室廢氣排放(預(yù)計(jì)控制到15萬(wàn)~20萬(wàn)m3/h)，為噴漆室廢氣濃縮及焚燒提供可能，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能，減低VOC排放及提升HPV等綜合效益。同時(shí)，噴漆室循環(huán)風(fēng)利用、熱泵技術(shù)、空調(diào)溫濕度調(diào)節(jié)窗口控制及廢氣濃縮焚燒在汽車涂裝線也已經(jīng)成功應(yīng)用。
廢氣濃縮及焚燒處理技術(shù)主要為降低VOC排放。將需要處理的廢氣（如噴漆室排風(fēng))經(jīng)過(guò)過(guò)濾器(G4/F7/F9三道過(guò)濾)去除顆粒物。廢氣通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪濃縮為原來(lái)體積的1/20左右，濃度則提升為原來(lái)的20倍左右。被濃縮的氣體隨后進(jìn)入TAR或RTO進(jìn)行燃燒。燃燒后潔凈氣體通過(guò)煙囪排氣，余熱可用于加熱解吸氣體及余熱再回用。廢氣濃縮焚燒技術(shù)目前主要用于噴漆室(含閃蒸室)廢氣處理，由于噴漆室排風(fēng)量大，一條38~44 JPH的中涂面漆線排風(fēng)量接近100萬(wàn)m3/h，采用該技術(shù)則最低需要用到6~8臺(tái)沸石轉(zhuǎn)輪及3~4臺(tái)TAR或RTO。
Ecolncure采用從內(nèi)至外的加熱方式，通過(guò)整流罩將熱交換中心的加熱風(fēng)量通過(guò)高壓吹嘴由車身內(nèi)腔至外表進(jìn)行加熱；通過(guò)壓力調(diào)節(jié)，均衡對(duì)流熱量的大小和風(fēng)速，車身外部采用低流速的風(fēng)量加熱；從而改善面漆外觀，提升漆膜的長(zhǎng)短波質(zhì)量、加強(qiáng)車身內(nèi)表面的固化。
車身橫向移動(dòng)，采用步進(jìn)式輸送，每個(gè)模塊作為一個(gè)獨(dú)立的加熱冷卻控制單元，可根據(jù)車身狀況調(diào)整烘干溫度及送風(fēng)風(fēng)量，使得 Ecolncure 的烘干爐長(zhǎng)度減半，節(jié)省空間，降低能耗25%。
智能化參數(shù)控制，每臺(tái)車身附帶一張電子性能檢測(cè)芯片，對(duì)每臺(tái)車身的固化過(guò)程烘干曲線進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集，并及時(shí)反饋至中控室。
保險(xiǎn)杠線體采用全封閉/全自動(dòng)工藝，目前都是循環(huán)風(fēng)+RTO或者干式噴漆房。塑料件則采用干冰表面處理技術(shù)。
Ecoatmaster 電泳仿真分析軟件及PS&IPS 噴涂和涂膠仿真軟件的應(yīng)用見表4。
隨著國(guó)家環(huán)保法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，企業(yè)對(duì)環(huán)保建設(shè)的投入日益增高，同時(shí)面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，如何在不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，已成為企業(yè)生存發(fā)展的必考題。國(guó)內(nèi)汽車涂裝行業(yè)須不斷吸收消化新技術(shù)新材料的經(jīng)驗(yàn)，以此為起點(diǎn)進(jìn)行涂裝工藝體系重組、優(yōu)化、革新，尋找成本與工藝質(zhì)量間的最佳平衡點(diǎn)，并加以實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新、實(shí)踐、突破”的良性循環(huán)，不斷提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，保證企業(yè)良性發(fā)展。
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