2022-12-09
40多年的改革開放，中國以經濟建設為主，建成工業大國，成為世界第二大經濟體。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內汽車整車涂裝線，引領和促進了我國汽車涂裝行業的成長和國際化發展。機械設計研究院四院、九院等組建工程公司，消化引進新技術，新建的車身涂裝線充分體現了“綠色涂裝理念”，環保，節能減排，自動化程度都達到世界先進水平。本文根據汽車涂裝現狀，從汽車涂裝新技術、新材料應用角度剖析汽車涂裝及其發展趨勢。
中國的環保政策法規日趨嚴格，VOC排放相關法規及國家“十二五”大氣防治法規劃中要求，新建機動車制造涂裝項目，水性涂料等低揮發性有機物含量涂料占總涂料使用量比例不低于80%。全國對于VOC含量>420 g/L的涂料，從2015年2月1日開始征收銷售額4%的涂料消費稅。各地方政府針對汽車涂裝陸續提出越來越嚴格的VOC排放限值要求，甚至對涂料中的VOC含量限值要求也越來越嚴。
硼的限制：硼酸、硼酸鈉、三氧化二硼、四硼酸鉀等已經進入需要禁止使用的物質清單。
鎳的限制：國家標準要求鎳需要處理至0.5 mg/L以下，環境敏感區域鎳需要處理到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。
亞洲地區其他限制使用物質的法律法規：不含磷的要求等。
政府對燃油經濟性的立法決定了輕量化的市場導向：復合金屬材料的應用；先進高強度鋼和熱成型鋼的應用；加大鋁材的使用量；新型材料(如鎂合金)的應用；改進(邊緣)腐蝕防護性；鋅/鎂涂層等。
以綠色理念為指導，綜合運用綠色設計、工藝制造、包裝、供應鏈管理、回收處理等為一體的科學技術，使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，環境負面影響最小，資源利用率最高，保障企業經濟效益和社會效益協調優化。
為了減少工藝成本、降低能耗水耗、減少維護成本、提高效率，傳統汽車涂裝工藝越來越感到捉襟見肘，因此綠色新材料、新工藝、新技術應運而生。由乘用車涂料應用趨勢(表1)可以看出，水性漆使用越來越多，尤其是水性緊縮工藝到2020年已達到了34%，成本和效率催生技術變革，新工藝將逐步代替傳統工藝。
從節能降耗、環保及人機工程方面考慮，創建綠色智能涂裝車間是現代化涂裝線發展及規劃的方向。
1）節能：CO2消減終極目標為100 kg/臺(約296kW·h/臺)以下。
2）減排：降低 VOC排放，終極目標為不高于15 g/m2；降低廢水排放，終極目標零排放；降低危險重金屬、有害物排放，終極目標零排放；降低危險廢物排放。
3）人機工程：改善職業健康，提升生產線自動化率，密封(車底、車內)、噴漆(內、外)及擦凈等工序采用機器人取代人工操作；提升設備的可靠性、易操作性和可維護性等。
建設智能化、數字化智慧工廠是涂裝產品及工藝規劃發展方向。產品及工藝設計階段的數字化模擬，產品和設備的工藝性驗證；關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代；工廠自控化率、生產工藝數據自動采集率分別在90%以上；建立車間級的工業互聯網，不同裝備之間實現信息互聯互通和有效的集成；建立車間制造執行系統MES，實現計劃、排產、生產、檢驗的全過程閉環管理；利用云計算、大數據等新一代信息技術，實現企業經營、管理和決策智能優化。
新材料、新工藝研究應用體現在干冰清洗、有色清漆、低溫水性漆等很多方面，具體見表2所列。
涂裝工藝布局設計多采用主體二層、局部三層結構，工藝分布詳見表3。
翻轉輸送技術的優點：1）有效避免車身內電泳氣室現象，提高腔內防腐能力；2）減少車身表面顆粒，質量提升70%，打磨減少30%；3）縮短線體長度及槽體體積，槽液減少23%，降低運行成本；4）降低廢水排污量及處理費用；5）綜合能耗減少16%。
鋅系磷化工藝流程：脫脂→水洗→表調→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，無需特殊加熱；無需表調工藝；無需后續鈍化處理工藝；降低產渣量，處理時間短，控制簡便。
薄膜高泳透力電泳漆材料開發目的：降低成本；提高內腔耐腐蝕性；增加內外表面膜厚的均勻性；配合綠色前處理工藝技術。開發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，可降低整車質量(2~3 kg/臺）及整車降噪。LASD材料主要有PVC基、環氧基、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具有LASD、PVC抗石擊涂料及密封膠混合功能的材料。
車內密封、車底密封及車底、車內LASD機器人的應用主要是為了提高自動化率、減少操作人員、減少員工職業健康危害，同時對提升質量及降低材料消耗有一定的作用。
目前免中涂工藝技術主要有：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、強冷、中涂打磨等作業工序，是行業最先進的綠色噴漆工藝；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：目前采用傳統標準溶劑型3C2B噴涂工藝的生產線，如改造成水性免中涂工藝，改造工作量大(機器人、輸調漆、噴房、空調、輸送改造、增加預烘爐等)，難度大，投資大，周期長(停產周期預計超過3個月)。高固含溶劑型3C1B工藝將是標準溶劑型3C2B工藝未來重點考慮方向。目前的噴房條件、機器人及輸調漆可以滿足高固含溶劑型3C1B材料的要求，為滿足應環保要求，可采用轉輪吸附濃縮+RTO焚燒技術。
傳統濕式噴漆室采用文丘里水洗式捕集過噴漆霧，需要消耗大量的水，并需要補加化學藥劑(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噴漆霧，無需或需要少量水和藥劑；循環風溫濕度接近工藝要求，一般只需要將溫度進行微調，循環風利用具有顯著節能效果，配合內、外噴機器人應用，可以將循環風利用率提升到70%；傳統噴漆室循環風濕度大，在循環風利用時需要除濕，節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。
噴涂機器人在汽車涂裝行業已經應用比較廣泛和成熟。噴涂機器人的應用不能單純地為提高HPV及有限的節能(降低風速)，需要與面漆線未來節能減排整體考慮。即通過內噴機器人(色漆、清漆)的應用，將噴漆室機噴區最大化，整體考慮噴漆室機器人噴涂區域循環風方案(同時，循環風空調使用熱泵技術及空調窗口控制技術)，最大限度減少新風供給量（目標20萬m3/h 以下)。從而實現最小的噴漆室廢氣排放(預計控制到15萬~20萬m3/h)，為噴漆室廢氣濃縮及焚燒提供可能，最大限度地實現節能，減低VOC排放及提升HPV等綜合效益。同時，噴漆室循環風利用、熱泵技術、空調溫濕度調節窗口控制及廢氣濃縮焚燒在汽車涂裝線也已經成功應用。
廢氣濃縮及焚燒處理技術主要為降低VOC排放。將需要處理的廢氣（如噴漆室排風)經過過濾器(G4/F7/F9三道過濾)去除顆粒物。廢氣通過沸石轉輪濃縮為原來體積的1/20左右，濃度則提升為原來的20倍左右。被濃縮的氣體隨后進入TAR或RTO進行燃燒。燃燒后潔凈氣體通過煙囪排氣，余熱可用于加熱解吸氣體及余熱再回用。廢氣濃縮焚燒技術目前主要用于噴漆室(含閃蒸室)廢氣處理，由于噴漆室排風量大，一條38~44 JPH的中涂面漆線排風量接近100萬m3/h，采用該技術則最低需要用到6~8臺沸石轉輪及3~4臺TAR或RTO。
Ecolncure采用從內至外的加熱方式，通過整流罩將熱交換中心的加熱風量通過高壓吹嘴由車身內腔至外表進行加熱；通過壓力調節，均衡對流熱量的大小和風速，車身外部采用低流速的風量加熱；從而改善面漆外觀，提升漆膜的長短波質量、加強車身內表面的固化。
車身橫向移動，采用步進式輸送，每個模塊作為一個獨立的加熱冷卻控制單元，可根據車身狀況調整烘干溫度及送風風量，使得 Ecolncure 的烘干爐長度減半，節省空間，降低能耗25%。
智能化參數控制，每臺車身附帶一張電子性能檢測芯片，對每臺車身的固化過程烘干曲線進行自動測量、數據采集，并及時反饋至中控室。
保險杠線體采用全封閉/全自動工藝，目前都是循環風+RTO或者干式噴漆房。塑料件則采用干冰表面處理技術。
Ecoatmaster 電泳仿真分析軟件及PS&IPS 噴涂和涂膠仿真軟件的應用見表4。
隨著國家環保法規標準的不斷提高，企業對環保建設的投入日益增高，同時面對激烈的市場競爭，如何在不斷提高產品質量的同時降低生產成本，已成為企業生存發展的必考題。國內汽車涂裝行業須不斷吸收消化新技術新材料的經驗，以此為起點進行涂裝工藝體系重組、優化、革新，尋找成本與工藝質量間的最佳平衡點，并加以實踐，實現“創新、實踐、突破”的良性循環，不斷提高產品競爭力，保證企業良性發展。
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