2022-12-09
40多年的改革开放，中国以经济建设为主，建成工业大国，成为世界第二大经济体。随着合资化，杜尔、艾森曼、大气社、帕卡等涂装工程公司承建国内汽车整车涂装线，引领和促进了我国汽车涂装行业的成长和国际化发展。机械设计研究院四院、九院等组建工程公司，消化引进新技术，新建的车身涂装线充分体现了“绿色涂装理念”，环保，节能减排，自动化程度都达到世界先进水平。本文根据汽车涂装现状，从汽车涂装新技术、新材料应用角度剖析汽车涂装及其发展趋势。
中国的环保政策法规日趋严格，VOC排放相关法规及国家“十二五”大气防治法规划中要求，新建机动车制造涂装项目，水性涂料等低挥发性有机物含量涂料占总涂料使用量比例不低于80%。全国对于VOC含量>420 g/L的涂料，从2015年2月1日开始征收销售额4%的涂料消费税。各地方政府针对汽车涂装陆续提出越来越严格的VOC排放限值要求，甚至对涂料中的VOC含量限值要求也越来越严。
硼的限制：硼酸、硼酸钠、三氧化二硼、四硼酸钾等已经进入需要禁止使用的物质清单。
镍的限制：国家标准要求镍需要处理至0.5 mg/L以下，环境敏感区域镍需要处理到0.1 mg/L 以下。
硫酸盐、一氧化物、氢氧化物、硝酸盐、磷酸氢盐和氯化物等全面禁止。
亚洲地区其他限制使用物质的法律法规：不含磷的要求等。
政府对燃油经济性的立法决定了轻量化的市场导向：复合金属材料的应用；先进高强度钢和热成型钢的应用；加大铝材的使用量；新型材料(如镁合金)的应用；改进(边缘)腐蚀防护性；锌/镁涂层等。
以绿色理念为指导，综合运用绿色设计、工艺制造、包装、供应链管理、回收处理等为一体的科学技术，使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，环境负面影响最小，资源利用率最高，保障企业经济效益和社会效益协调优化。
为了减少工艺成本、降低能耗水耗、减少维护成本、提高效率，传统汽车涂装工艺越来越感到捉襟见肘，因此绿色新材料、新工艺、新技术应运而生。由乘用车涂料应用趋势(表1)可以看出，水性漆使用越来越多，尤其是水性紧缩工艺到2020年已达到了34%，成本和效率催生技术变革，新工艺将逐步代替传统工艺。
从节能降耗、环保及人机工程方面考虑，创建绿色智能涂装车间是现代化涂装线发展及规划的方向。
1）节能：CO2消减终极目标为100 kg/台(约296kW·h/台)以下。
2）减排：降低 VOC排放，终极目标为不高于15 g/m2；降低废水排放，终极目标零排放；降低危险重金属、有害物排放，终极目标零排放；降低危险废物排放。
3）人机工程：改善职业健康，提升生产线自动化率，密封(车底、车内)、喷漆(内、外)及擦净等工序采用机器人取代人工操作；提升设备的可靠性、易操作性和可维护性等。
建设智能化、数字化智慧工厂是涂装产品及工艺规划发展方向。产品及工艺设计阶段的数字化模拟，产品和设备的工艺性验证；关键工序智能化、关键岗位机器人替代；工厂自控化率、生产工艺数据自动采集率分别在90%以上；建立车间级的工业互联网，不同装备之间实现信息互联互通和有效的集成；建立车间制造执行系统MES，实现计划、排产、生产、检验的全过程闭环管理；利用云计算、大数据等新一代信息技术，实现企业经营、管理和决策智能优化。
新材料、新工艺研究应用体现在干冰清洗、有色清漆、低温水性漆等很多方面，具体见表2所列。
涂装工艺布局设计多采用主体二层、局部三层结构，工艺分布详见表3。
翻转输送技术的优点：1）有效避免车身内电泳气室现象，提高腔内防腐能力；2）减少车身表面颗粒，质量提升70%，打磨减少30%；3）缩短线体长度及槽体体积，槽液减少23%，降低运行成本；4）降低废水排污量及处理费用；5）综合能耗减少16%。
锌系磷化工艺流程：脱脂→水洗→表调→锌系磷化→水洗→钝化/水洗。
薄膜前处理工艺流程；脱脂→水洗→薄膜→水洗。
薄膜前处理不含有害金属；室温处理，无需特殊加热；无需表调工艺；无需后续钝化处理工艺；降低产渣量，处理时间短，控制简便。
薄膜高泳透力电泳漆材料开发目的：降低成本；提高内腔耐腐蚀性；增加内外表面膜厚的均匀性；配合绿色前处理工艺技术。开发前提是在保证电泳防腐蚀性、外观(橘皮、粗糙度Ra：0.25~0.30 um)的情况下，降低外表面膜厚，提高漆膜厚度的均匀性。
LASD材料应用主要为取代目前车身普遍采用的安装阻尼片，可降低整车质量(2~3 kg/台）及整车降噪。LASD材料主要有PVC基、环氧基、水性丙烯酸基及橡胶基等。二合一、三合一多功能材料是指同时具有LASD、PVC抗石击涂料及密封胶混合功能的材料。
车内密封、车底密封及车底、车内LASD机器人的应用主要是为了提高自动化率、减少操作人员、减少员工职业健康危害，同时对提升质量及降低材料消耗有一定的作用。
目前免中涂工艺技术主要有：ECO-CONCEPT(2K色漆)水性B1B2、水性3C1B、高固含溶剂型3C1B、中低固含溶剂型3C1B等。
水性B1B2工艺取消了中涂喷漆、烘干、强冷、中涂打磨等作业工序，是行业最先进的绿色喷漆工艺；减少20%以上能源成本，单车降低成本大于50元；减少25%以上辅材消耗，单车降低成本大于10元；VOC总量降低50%以上。
高固含溶剂型3C1B工艺：目前采用传统标准溶剂型3C2B喷涂工艺的生产线，如改造成水性免中涂工艺，改造工作量大(机器人、输调漆、喷房、空调、输送改造、增加预烘炉等)，难度大，投资大，周期长(停产周期预计超过3个月)。高固含溶剂型3C1B工艺将是标准溶剂型3C2B工艺未来重点考虑方向。目前的喷房条件、机器人及输调漆可以满足高固含溶剂型3C1B材料的要求，为满足应环保要求，可采用转轮吸附浓缩+RTO焚烧技术。
传统湿式喷漆室采用文丘里水洗式捕集过喷漆雾，需要消耗大量的水，并需要补加化学药剂(絮凝剂)处理漆雾。新型干式喷漆室采用石灰或高压静电吸附过喷漆雾，无需或需要少量水和药剂；循环风温湿度接近工艺要求，一般只需要将温度进行微调，循环风利用具有显著节能效果，配合内、外喷机器人应用，可以将循环风利用率提升到70%；传统喷漆室循环风湿度大，在循环风利用时需要除湿，节能效果不如干式喷漆室。干式喷漆室比较有代表性的有DURR ECO DryScrubber、TKS (CEICO）DryScrubbe 以及EISEMANNEScrub、杰艺科 DRYCAR。
喷涂机器人在汽车涂装行业已经应用比较广泛和成熟。喷涂机器人的应用不能单纯地为提高HPV及有限的节能(降低风速)，需要与面漆线未来节能减排整体考虑。即通过内喷机器人(色漆、清漆)的应用，将喷漆室机喷区最大化，整体考虑喷漆室机器人喷涂区域循环风方案(同时，循环风空调使用热泵技术及空调窗口控制技术)，最大限度减少新风供给量（目标20万m3/h 以下)。从而实现最小的喷漆室废气排放(预计控制到15万~20万m3/h)，为喷漆室废气浓缩及焚烧提供可能，最大限度地实现节能，减低VOC排放及提升HPV等综合效益。同时，喷漆室循环风利用、热泵技术、空调温湿度调节窗口控制及废气浓缩焚烧在汽车涂装线也已经成功应用。
废气浓缩及焚烧处理技术主要为降低VOC排放。将需要处理的废气（如喷漆室排风)经过过滤器(G4/F7/F9三道过滤)去除颗粒物。废气通过沸石转轮浓缩为原来体积的1/20左右，浓度则提升为原来的20倍左右。被浓缩的气体随后进入TAR或RTO进行燃烧。燃烧后洁净气体通过烟囱排气，余热可用于加热解吸气体及余热再回用。废气浓缩焚烧技术目前主要用于喷漆室(含闪蒸室)废气处理，由于喷漆室排风量大，一条38~44 JPH的中涂面漆线排风量接近100万m3/h，采用该技术则最低需要用到6~8台沸石转轮及3~4台TAR或RTO。
Ecolncure采用从内至外的加热方式，通过整流罩将热交换中心的加热风量通过高压吹嘴由车身内腔至外表进行加热；通过压力调节，均衡对流热量的大小和风速，车身外部采用低流速的风量加热；从而改善面漆外观，提升漆膜的长短波质量、加强车身内表面的固化。
车身横向移动，采用步进式输送，每个模块作为一个独立的加热冷却控制单元，可根据车身状况调整烘干温度及送风风量，使得 Ecolncure 的烘干炉长度减半，节省空间，降低能耗25%。
智能化参数控制，每台车身附带一张电子性能检测芯片，对每台车身的固化过程烘干曲线进行自动测量、数据采集，并及时反馈至中控室。
保险杠线体采用全封闭/全自动工艺，目前都是循环风+RTO或者干式喷漆房。塑料件则采用干冰表面处理技术。
Ecoatmaster 电泳仿真分析软件及PS&IPS 喷涂和涂胶仿真软件的应用见表4。
随着国家环保法规标准的不断提高，企业对环保建设的投入日益增高，同时面对激烈的市场竞争，如何在不断提高产品质量的同时降低生产成本，已成为企业生存发展的必考题。国内汽车涂装行业须不断吸收消化新技术新材料的经验，以此为起点进行涂装工艺体系重组、优化、革新，寻找成本与工艺质量间的最佳平衡点，并加以实践，实现“创新、实践、突破”的良性循环，不断提高产品竞争力，保证企业良性发展。
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