摘 要：减少涂装公害、降低涂装成本、提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。本文从涂装材料、涂料工艺、涂装设备、涂装管理四方面介绍国内外汽车涂装新技术的发展动态。
关键词：汽车涂装;涂装材料;涂装工艺;涂装设备;涂装管理;技术动态。
引言
21世纪被称为面向环境的新世纪,环境保护倍受全球关注,并已成为人类最迫切的研究课题。汽车及其零部件的涂装是汽车制造过程中产生三废排放最多的环节之一,所以减少涂装公害、降低涂装成本、提高涂装质量一直是涂装技术发展的主题。本文分别从涂装材料、涂装工艺、涂装设备、涂装管理四大要素介绍了国际汽车涂装新技术的发展动态。
1 新涂装材料应用
新涂装材料的应用是涂装技术进步的先导,在不断满足涂层性能要求的前提下,一直是以应用可减少公害、降低涂装成本的材料为主要发展目标。
生物可降解性活性剂配制的脱脂剂,无镍、无亚硝酸盐磷化液,无铬钝化剂,低温脱脂剂(处理温度43℃),性能与常规相同的低温(35℃)少渣(比常规低10%~30%)磷化液,无铅无锡阴极电泳涂料,低温固化(160℃,10 min)、低加热减量(4%以下)和低VOC挥发量(0·4%~0·8%)型阴极电泳涂料在欧美及日本已经推广应用多年。在北美和欧洲,可替代传统中涂的二次电泳涂料已经开始应用。欧洲有的汽车公司在近几年新建涂装生产线上全部采用水性涂料,涂装VOC排放量已低于法规要求的35 g/m2(德国TA-Luft,1995年)。20世纪90年代开始,所有新建涂装线底漆全部采用了电泳底漆或粉末涂料,中涂采用水性涂料或高固体分材料,面漆采用水性底色漆加高固体分清漆,粉末清漆已经用于轿车车身涂装。继粉末罩光漆工业应用后,粉末金属底色漆也已经商业化。北美水性面漆底色漆近几年普及得也较快,高固体分中涂漆和面漆应用普遍。日本也在积极开发和推广水性涂料、高固体分及超高固体分罩光漆。在欧美,紫外光(UV)固化涂料在汽车涂料中的应用技术已日趋成熟。对汽车外观装饰性、颜色及其耐久性要求在不断提高。随着地球环境的不断恶化,要求汽车涂层的耐酸雨性能大幅度提高,提高汽车涂层的耐擦伤性也逐渐被重视。减少车身内外表面电泳底漆膜厚差的高泳透力、低颜料分的电泳涂料,耐酸雨和耐擦伤面漆,多色中涂和采用黏度控制技术涂料等在最近几年也普遍被采用。我国几大汽车公司在前处理材料和电泳漆应用方面与国际水平相差不大。但由于应用水
性中涂和水性面漆必须使用专用设备,涂装成本会大幅度提高。尽管目前国外独资及合资企业具备可在国内加工生产水性中涂和水性面漆的能力,但汽车中涂和面漆仍采用传统的中低固体分溶剂型涂料,所以涂装VOC排放量远高于欧洲。
2 涂装工艺及设备
10多年来,涂装工艺及设备的进步主要体现在环保型涂装材料的应用,废水、废渣排放的减少,成本的降低以及汽车生产过程的优化等几个方面。由于涂装材料的进步,在车身涂层体系设计上也有革命性的进展,在满足环保法规的同时,提高生产效率,降低涂装成本,几种典型的新涂装体系及新技术已经或即将用于工业生产。我国目前的涂装工艺及设备总体相当于欧美10年前的水平,个别企业在建的新涂装线上采用了一些当今国际先进水平的新设备。
2.1 节水及废料回收技术
前处理和电泳涂装是汽车涂装耗水量和废水排放量最大的环节,废水处理技术的进步正在不断地减少前处理的耗水量和废水排放量,随着膜技术的不断成熟,采用膜分离技术(UF和RO)回收脱脂液,再生清洗水和前处理废水,实现真正意义电泳闭路清洗等已经成为可能,并开始应用。
近几年来,随着发达国家环保涂料的工业化应用,一些涂料的循环利用技术也得到应用,使涂装生产线的涂料利用率进一步提高,最大限度地减少废漆渣的排放。如粉末浆再循环利用技术;粉末底色漆及清漆回收技术;废漆絮凝干燥器技术;超滤法、冷却法和静电吸附法回收水性漆技术;过喷漆雾的水性漆回收技术等。我国在涂装节水及三废综合利用方面重视程度不够,这方面的投入和新技术应用相对落后。
2.2 几种新的车身涂装工艺
二次电泳工艺。采用前面提到的两涂层电泳材料,用第二层电泳(35~40μm)替代中涂。电泳工艺自动化,施工稳定可靠性高,一次合格率高,材料利用率高,设备投资少(不需空调系统),可节省费用48%,减少了维修频次,减少了传统中涂的漆渣和VOC排放。
一体化涂装工艺(三涂层概念)。采用与面漆同色的功能层(15μm)替代中涂,功能层与面漆底色间不需烘干,取消中涂线。在提高生产效率的同时,大幅度降低VOC排放。
2.3 敷膜技术替代塑料覆盖件涂装
敷膜技术是预制一种适应于热成型的面漆涂膜,其经热成型后的产品的面漆性能和外观与传统的烘烤喷涂涂膜非常相近。该技术主要应用于塑料件生产,采用“夹物模压”或“内模”工艺将预制好的复合涂膜在塑料件浇注成型的同时完成成型并与塑料件熔为一体,得到无缺陷涂装件。应用该技术制造车身覆盖件。车身骨架采用传统冲压焊装工艺制造,涂装车间只对车身骨架进行涂装,面漆采用粉末喷涂技术。由于车身骨架外露面积较少,所以面漆颜色不必与覆盖件相同,深浅各一种即可,大面积的覆盖件都是采用敷膜技术制造的塑料件,颜色有上千种。这样大大简化了车身涂装工艺,在降低涂装成本的同时,使涂装的VOC排放达到7 g/m2左右,远低于欧洲排放法规的要求。
2.4 车身涂装P2 Zero概念
所谓P2 Zero概念就是零排放油漆车间。在满足苛刻的环保要求和用户质量要求的前提下,减少三废处理的成本,减少油漆车间操作成本和简化油漆工艺。车身钢板的防腐底漆在制成零件前涂覆,进入油漆车间的车身不需再涂底漆,只喷涂一道粉末底色漆和一道粉末罩光漆。这样就可最大限度地减少等待时间,取消了传统的调漆间,工艺调整灵活,从钢板到涂漆前车身的生产过程取消了防锈工艺,彻底消除了传统涂装焊缝及空腔结构防腐差的问题,节省涂装车间面积,降低三废处理费用,无需漆渣系统及废漆处理系统,无喷漆室排气,空气污染趋于零,固体废料趋于零,无液体排放,涂料制造及使用效率>95%,无气味无危险。
2.5 新型涂装运输机
国内目前车身涂装线前处理和电泳采用的典型运输机有推杆悬链(Power and Free Overhead Con-veyer)、摆杆链(PEndulum Conveyer)和程控葫芦(Au-to-Motor-Hoist)。它们各有优缺点,其共同的缺点是都不能解决车身内部诸多空腔结构体内的有效排气问题,尤其是车顶盖内的气袋问题。这些部位不能得到磷化和电泳处理。新型的多功能穿梭机(Vario-Shuttle)和滚浸运输机(RoDip)不仅解决了这些问题,而且继承了前述的运输机的所有优点。多功能穿梭机还具备在一条生产线上实现多品种不同工艺的功能,完全符合自动化柔性涂装生产的要求。这两种运输机在国内新建车身涂装线上已经开始应用。
2.6 其他涂装设备结构和功能的改进
在欧洲,涂装设备的结构材料以不锈钢为主,设备的电气线路均设计在设备结构中,取消了电气管路,设备的模块化设计和车间的立体分区布置,最大限度地保证涂装的高清洁度要求和安全防火要求。无外部风管及内部辐射强化对流的新一代烘干室,大幅度提高了热效率和烘干温度的均匀性。随着机器人技术进步,车身自动涂装机逐渐被多自由度的喷涂机器人取代,喷涂和密封大量采用机器人自动操作,比涂装机更适应柔性生产。机械化传动链条普遍采用非金属材料,大幅度降低传动噪音。
3 涂装管理
涂装管理包括涂装材料的订货、材料质量控制、施工过程的控制等方面。由于汽车涂装使用的材料品种多,在贮运过程中易变质,工艺流程长,需要控制的参数多,所以在汽车生产管理中其复杂程度最高。世界各大汽车制造企业历来对涂装管理极为重视。随着汽车相关工业的不断发展,在汽车工业发达国家,汽车涂装材料生产行业不仅用其先进的产品促进汽车涂装技术的进步,而且为满足汽车行业降低涂装成本的需求,供货方式已从单一的材料供货向系统供货过渡。系统供货方式始于20世纪90年代初,发展很快,目前在欧美已经基本普及。由涂料厂商直接负责涂装生产的技术管理,使汽车生产厂的涂装管理大大简化,涂装一次合格率提高,生产成本降低。国内各汽车公司还处于尝试阶段。
近几年,部分有实力的涂装材料公司和涂装设备公司又推出了BOT服务模式,即汽车公司的涂装车间由涂装材料公司或涂装设备公司投资建设,并负责生产管理,根据汽车公司的整车生产计划进行涂装生产,供给汽车公司的是合格的涂膜。汽车公司只需制定技术标准和验收监督涂装产品质量。这将成为涂装管理的一大发展趋势。
4 结 语
我国汽车涂装技术与国际水平的差距在不断缩小,但发展不均衡,就涂装质量保证方面而言,几大轿车生产企业已经达到国际水平,但综合比较仍有10年左右的差距,主要体现在清洁生产技术方面。就汽车涂装生产关键装备技术而言,我国可能在今后相当长的时间内主要依赖进口。预计我国在未来10~15年内,汽车涂装水平将全面与国际接轨,会加快节省资源和应用环保技术。
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