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汽车涂装的现况
在改革开放 30 年中我国汽车工业超高速地发展 , 汽车产量由 1977 年的 12 . 5 万辆增长到 2007 年的 888 .25 万辆 , 增长 71 倍 , 其中轿车的发展更迅猛 , 由 1990 年的 4. 2 万辆猛增到 2007 年的 500 多万辆 , 我国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车销售市场。我国 2008 年汽车产销量 ( 含出口 ) 达 934 . 51 万辆和 938. 05 万辆 , 汽车产业已成为国民经济的真正的支柱产业。受全球性金融危机的影响 , 美、日汽车产销量 2009 年以来大幅度下降 , 而我国轿车的产销量还保持适度增长 , 2009 年上半年销售汽车 609 万辆 ( 超过美国 ) , 估计我国 2009 年汽车产销量将超过 1 000 万辆 , 从而可能成为汽车产销的第一大国。我国轿车工业的突飞猛进 , 带动了我国汽车涂装行业的飞速发展 , 年产 5 万辆以上的汽车车身涂装线就有近百条 ( 其中年产 20 万辆以上的 10 条、 10 ～ 20 万辆的 44 条 , 5 ～ 10 万辆的 32 条 , 还有在建的和正在筹建的车身涂装生产线 18 条以上 ) 。外饰塑料件 ( 如保险杠、护条等 ) 涂装和车架、车轮 ( 钢制和铝车轮 ) 、底盘件、传动轴、减震器等汽车零部件涂装生产线也有上百条 , 我国的汽车涂装工艺技术水平和涂装质量已与国际接轨 , 在环保、节能减排和资源利用率方面尚存在一定差距 , 但我国汽车涂装工艺技术产生了质的飞跃。近 20 年内新建的汽车车身塑料件涂装线 , 引进了很多先进的、现代化的涂装设备及涂装工艺技术 , 可称为世界一流 , 尤其进入 21 世纪后新建的轿车车身涂装线基本上汇集了世界各国汽车涂装领域尖端技术。流水线生产的汽车车身几乎 100% 采用喷浸结合的三元锌盐磷化处理和阴极电泳涂装工艺 , 采用摆杆式 , 旋转浸渍式或悬挂推杆输送链输送车身 ; 采用高速旋杯式自动静电喷涂往复机喷涂中涂、面漆。进入 21 世纪以来 , 又被智能化的机器人杯式自动静电喷涂机所替代 , 进一步提高了喷涂柔性和涂着效率 ; 在中途、面漆喷涂区 , 烘干室和其他手工作业区采用滑橇输送机或倒置式积放输送机等地面输送系统 , 能实现自由分流或合岔 , 横向车转移 , 上下垂直升降 , 调整输送间距和积放等功能。车身用喷漆室全部采用上供风下抽风湿式大型喷漆室 , 确保在高清洁度的空间环境下进行涂装作业。车身底板下表面喷涂车底涂料 , 所有缝隙都涂密封胶 , 以提高缝隙的耐蚀性 , 车身的舒适性和密封性。
轿车车身涂装工艺与国际接轨 , 采用以下典型涂装工艺 :
(1) 阴极电泳底漆→烘干→中涂→烘干→本色面漆→烘干 ( 即 3C 3B 涂装体系 ) ;
(2) 阴极电泳底漆→烘干→中涂→烘干→底色漆 ( 闪光或本色、晾干 ) + 罩光清漆→烘干 ( 即面漆的双层涂装工艺 , 也可称为 4C 3B 涂装体系 ) 。
商用车驾驶室涂装工艺虽还是两层工艺为主 , 但是已有 __ 轿车化的趋势 , 部分面漆采用金属闪光色。
基于市场竞争激烈 , 每年有几十种新产品、车型和色彩上市。各种色彩的金属闪光色、珠光色和轿车占较大的比例 , 以符合时尚潮流和适应个性化的需求。汽车用涂料已实现了全面的更新换代 , 并已开始向新一代的环保型 ( 低 VOC 型、水性化 ) 方向发展。可是中涂、面漆还是以溶剂型涂料为主。 VOC 排放量还成倍地高于发达国家 ( 地区 ) 的水平。各汽车公司发展不平衡 , 有的公司的白件 ( 车身 ) 的加工质量不高 , 如表面平整度差 , 还靠刮腻子打磨来平整 ; 中涂、面漆喷涂还是以手工空气喷涂为主 , 涂着效率低 ; 管理上的差距较大 , 有的涂装车间的管理还是粗放管理 , 一次合格率低 ( 返修率高 ) , 涂装设备的有效利用率低 , 有的“大马拉小车” , 能耗大 ; 还有涂装工艺设计落后 , 选用的装备可靠性差 , 能源和资源利用率低 , 不是依靠技术进步来改善 , 而是简单翻版来建线或改造。
2 发展趋向
当今汽车涂装的核心课题是环境保护 , 节省资源和在高质量的基础上降低涂装成本。在改进现用涂装材料和采用环保型涂料的基础上 , 优化 ( 或简化 ) 涂装工艺 , 依靠技术进步 , 提高涂装材料的利用率、降低能耗 ; 提高涂装设备的可靠性、开动率及有效利用率 , 减少维修费用 ; 加强科学管理 , 降低劳动力成本 ; 来降低单元成本 , 并达到清洁生产的要求。涂装工艺设计应突出技术进步 , 走专业化、经济规模化之路 , 做好设计优化 , 多方案比较 , 选择“环保、可靠、先进、经济”和“优质、高产、低成本、少公害”等方面的最佳工艺方案和工艺平面布置图。涂装工艺管理应坚持科学管理 , 走专业化和社会化之路。如涂装线工艺、材料管理委托材料供应商或专业公司来管理 , 环境清洁工作 ( 含废品分析 ) 由专业公司来承包。汽车涂装的发展历程是 : 强化防锈技术措施 ( 延长车身使用寿命 ) , 随后提高外观装饰性 ( 如鲜映性、耐酸雨性 , 耐划伤性等 ) , 20 世纪 90 年代削减 VOC ( 挥发性有机化合物 ) , 现今世界上要求 VOC 、 CO 2 、成本和品质等 4 方面同时兼顾。
3 在汽车涂装领域中宜选用的新涂装技术
3 .1 开发环保型表面处理工艺
开发采用环保型新一代非磷酸盐表面处理工艺 ( 氧化锆转化膜处理或硅烷处理工艺 ) 替代磷化处理工艺。采用新一代环保型表面处理工艺 , 可较彻底地解决漆前处理的环保问题 ( 消除了 Ni 、 Mn 、 P 、 NO 2 等有害物质 ) , 且能提高资源利用率 , 消除磷化沉渣的危害 ( 麻烦的工艺问题 ) 。简化工艺和节能 , 降低处理成本。环保型新一代非磷酸盐表面处理工艺的环保和经济技术效果如表 1 所示。同时推广和普及逆工序补水法 ( 预清洗技术 ) 和清洗水回收利用等节水技术 , 以提高水的利用率 , 减少污水排放量 , 实现“零”排放。
表 1 两代涂装前处理工艺特性及成本对比
3 . 2 采用环保型涂料
要使挥发性有机化合物 (VOC) 排出量达标 ( 轿车车身 35 g /m 2 , 客车车身、驾驶室 55 g /m 2 ) , 必须选用表 2 所列的 3 种低 VOC 涂料。
表 2 低 VOC 涂料的种类 ( 1) 和特征
注 : (1) 一般溶剂系涂料的 VOC 含量为 30% ～ 60% , 底色漆的 VOC 含量达 80% 左右。
(2) 高固体分涂料用溶剂稀释后涂装时的 VOC 含量应在 40% 以下。
3 . 2. 1 粉末涂料
应用于金属汽车零部件的是以防腐蚀型环氧粉末涂料为主 ; 在汽车车身涂装中粉末涂料适用于中涂和罩光 , 作为罩光漆应用仅德国宝马公司的两条涂装线 , 已投产应用近 10 年。汽车部件多数采用粉末涂料。如铝车轮由溶剂—溶剂系列涂料改用粉末—溶剂系列涂料。制动部件的涂料由溶剂型改换为水性 , 今又以粉末涂料为主流。日本某汽车厂的载重汽车部件采用富锌粉末涂料打底 , 面漆采用聚酯粉末涂料的 2C 1B 涂装工艺。
3 .2 . 2 水性涂料
采用水性涂料是汽车涂装中降低 VOC 排放量的主要手段。在欧美汽车车身涂装中早已实现了底色漆和中涂的水性化。近 5 年我国内已有 11 条车身涂装线采用了水性中涂和水性底色漆 ( 丰田 3 条、通用 2 条、本田 2 条、北京奔驰、江淮、悦达和上海临港各 1 条 ) 。喷涂用的水性涂料在散热器 , 传动轴、减震器等零部件涂装中广泛应用。阴极电泳涂装在汽车涂装领域已非常普及 , 轿车车身、商用车驾驶室几乎 100% 采用电泳涂装 , 车架、车轮、底盘金属黑漆件也几乎都采用阴极电泳涂装。为提高阴极电泳涂料的工艺性能和节能性 , 正在开发研制超高泳透力阴极电泳涂料 , 耐候性且表面平滑性优良的阴极电泳涂料和省搅拌型阴极电泳涂料。
3.2 . 3 高固体分涂料
为使原用有机溶剂型涂料的喷涂生产线环保达标 , 涂装设备及作业环境又不作大的改动 , 选用高固体分涂料和静电喷涂法 ( 提高涂着效率 ) 是降低 VOC 的排放量的途径。
3 . 3 采用滚浸式输送机
滚浸式输送机是专供车身前处理和阴极电泳生产线用的最先进的输送设备。现已有旋转浸渍式 Rodip - 3 、 4, 多功能穿梭机 (Vario shuttle) 、单臂式旋转 3 种输送机 ( 参见图 1) 。国内已有一汽、上海大众、奇瑞、江淮、广州丰田等汽车公司 7 条线投产应用 , 还有 3 条线在筹建中。
图 1 前处理和电泳涂装用 3 种先进滚浸式输送机
滚浸式输送机的优点是 : 工艺性极好 , 它能使车身在浸渍处理过程中旋转 360 °或 > 180 ° , 车身外表朝下 , 因而能确保车身的处理面积达 100% ( 消除“气包” ) , 外表水平面的颗粒大幅度减少 , 带液量减少 90% 左右 ( 提高材料利用率 , 减少用水量 25% 和污水排放量 ) ; 设备长度较短 , 浸槽容积较小。
3. 4 机器人静电喷涂技术
进入 21 世纪以来 , 随着机器人和电控技术的进步 , 智能化程度的提高 , 小型轻量化的杯式静电喷枪开发成功 , 机器人静电喷涂机已淘汰了往复式自动静电喷涂机 ( ESTA) 。两者相比 , 机器人喷涂机的优点是 : 涂装效率高 , 3 ～ 4 台机器人就能承担由侧喷机和顶喷涂机组成的车身用 9 杯 ESTA 的喷涂任务 ; 适用于多品种的柔性化生产 ; 压缩空气和清洗溶剂 , 维修工作量仅为 9 杯的 ESTA 的 35% 左右 , 运行成本低。机器人静电喷涂的喷涂质量优 , 且稳定 , 可在线外按最佳的喷涂程序及参数示教 , 能克服人为因素带来的喷涂质量问题。
3. 5 优化 ( 或简化 ) 工艺
3. 5 . 1 优化中涂、面漆喷涂工艺
采有用 3C 1B 中涂、面漆喷涂工艺 ( 又称“ 3 - 湿涂装” ) 替代传统的 3C 2B 工艺。例如日本马自达的 3C 1B 溶剂型中涂、底色漆、罩光的喷涂工艺 ; 3C 1B 的水性涂料体系也已获得应用。还有水性双底色漆 (BC1 、 BC2) 紧凑型面漆喷涂工艺 , 也是属于 3C 1B 涂装技术 ; 其中 BC1 具有中涂和底色漆的功能 , 也是 BC1 、 BC2 和罩光“三道漆”湿碰湿后一起烘干 , 德国大众已有两条轿车车身涂装线采用了这种工艺 , 称之为“ 2010 工艺”。 2008 年 6 月“柏林汽车涂装国际会议”已公认“ 3 - 湿涂装”已成为除高级轿车外普通汽车涂装的主流 , 是世界涂装技术的发展趋势。
3 . 5. 2 无中涂的两涂层体系替代三涂层体系
在选用耐候型、外观平滑性好的阴极电泳底漆上喷涂底色漆 + 罩光漆 ( 或本色面漆 ) , 各层膜厚作适当调整 , 适用于经济型轿车和商用车车身涂装 , 在环保和节能方面明显地优于“三涂层”
3 . 5 . 3 优化 ( 简化 ) 车底涂料、密封胶的涂装工艺
如 PVC 车底涂料和密封胶不单独烘干 , 与中涂一起烘干的工艺已成熟并推广应用。日本丰田公司正在开发不含 PVC 的密封胶和车底涂料 , 目标是取消车身涂装的 PVC 线 , 将焊缝密封工序部分转移到焊接车间 , 采用自干型车底和密封胶 , 转移到油漆后 , 内饰前涂布。
3 . 5 .6 喷涂室和烘干室的节能减排和废热利用技术
喷漆室、烘干室的能耗占涂装车间总能耗的 70% 以上 , 能源价格上涨 , CO 2 温室气体必须减排和限排。进入 21 世纪以来 , 各公司都在分析喷漆室和烘干室能耗的基础上研究开节能减排 , 废热的回收利用技术 , 降低单位涂装面积的能耗。
4 结 语
要保持汽车涂装行业的持续发展 , 赶超国际发展潮流实现清洁生产 , 必须注意以下事项 :(1) 树立科学发展观 , 不断提高环保意识。企业领导人和涂装专业工作者应将保护人类生存环境 , 防止污染、实现清洁生产作为自己应尽的社会责任 ; 促进涂装技术的进步 ; 更自觉地促进汽车涂装清洁生产化。 (2) 应重视涂装工艺设计工作。涂装工艺设计是一项技术含量较高的工作。绝不是简单的硬件复制或画“方块” ; 而是要靠工艺和专门的技术诀窍 , 才能设计好涂装车间。涂装工艺设计是涂装工程项目的龙头。设计的优劣直接影响工程投资、涂装质量、生产效益和对环境的影响。建设新的涂装线是实现清洁生产的最好机会 , 工艺设计要突出技术进步 , 不应简单翻版。 (3) 在引进、吸收国际先进涂装技术的基础上 , 应立足于自主开发 , 组织设备制造公司 ( 设计单位 ) 、涂装材料供应厂商、汽车厂等单位 , 走联合开发、攻关之路 , 结合国情创新。 (4) 学习先进的科学管理知识及经验 , 加强和提高涂装管理水平 , 向管理要质量、产量和经济效益。通过科学管理、全员努力提高涂着效率 ( 即资源利用率 ) 、设备的有效利用率和一次合格率 ( 即降低返修率 ) 。 |
