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浅谈汽车涂装中的节能环保涂料 |
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作者：奇瑞汽车有限公司 于娈 来源：AI汽车制造业 |
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地球环境的恶化使节能和环保问题已成为了世界关注的重点，各国分别制定了相关的标准强制要求进行节能减排，以达到保护环境的目的。标准控制的主要指标有VOC和CO2的排放量，现在部分国家VOC的排量限值一般要求CO2的产生量在1.5kg/m3以下。汽车涂装属于能源消耗量大、污染物排放量大的工业生产，为了达到新的标准规定要求，汽车生产厂和相应的供应商在涂装材料、涂装设备方面进行了创新、开发，其中对涂装材料方面的研究较为深入。
当今涂料开发方面研究的重点是降低生产过程中的能源消耗、降低有害物质的排放量、简化生产工艺和降低工程设备的基本投资费用等。目前已开发并应用的新型涂料产品主要有水性涂料、3C1B涂料和粉末涂料等，这些产品分别在能源消耗、污染物的排放量上进行了改善。德国、美国和日本等汽车发达国家正在大规模地新建和改造老的涂装线，普遍采用节能环保型的涂料代替传统的溶剂型涂料。
水性漆涂料
水性涂料是以水作为稀释剂代替了传统的有机溶剂，大大减少了涂料中VOC的含量，VOC的排放量一般可以降低到35g/m2以下。水性涂料VOC的消减效果见图1。
图1 对于水性涂料系的VOC消减效果
目前普遍采用的水性漆涂装工艺是：阴极电泳+水性中涂+水性底色漆+高固体分清漆（溶剂型），水性漆与溶剂漆工艺流程对比见图2。
图2 水性漆与溶剂漆工艺流程对比
水性漆中的水性稀释剂不易挥发，水性漆喷涂后一般需要增加预烘干工序，且水性色漆预烘干后车身需要冷却才能进入清漆喷涂工位，自然风在较短的时间内很难将车身冷却下来，因此，这里的冷却工位需要空调送风系统增加制冷功能，这些都增加了车间的能源消耗。据调查，水性漆涂装能耗较溶剂漆增加了约5%。为了减少能源的消耗，但又可以达到环保要求，涂料厂商进行了积极努力，现在已经研制出了水性的3C1B涂料，可以在一定程度上减少能源消耗，目前这种涂料在日本已经有汽车制造厂家使用，在国内还没有应用。
水性漆与传统溶剂型漆一样，基本成分包括溶剂、树脂、颜料和添加剂等。水性中涂漆施工固体分较高，一般为50％～60％。水性漆喷涂喷漆室内的温度和湿度必须严格控制，喷漆室的温度在23℃～28℃，相对湿度70％±5％，基材或车身温度应保持在喷漆室条件下的露点以上。温度和湿度会影响到水性漆膜的颜色、金属闪光效果、漆膜粗糙度、色匀性和防流挂性等。水性漆的预烘干温度一般为70±10℃，烘干时间5min，加热挥发要求漆膜固体分含量达到80％以上。
水性漆运输和贮存时有较高要求，因为水性漆对温度很敏感，温度控制在5℃～30℃之间，在冬季和夏季储存运输过程中需有加热或冷却装置。水性漆的贮存稳定性一般在3个月左右，采购时要考虑油漆生产单位与使用单位的距离越近越好。
设备投资方面，由于水性漆的腐蚀性较大，与水性漆溶剂直接接触的设备需要采用不锈钢或塑料制品，因此设备投资比溶剂型漆的设备增加约10%。喷漆室室体壁板一般静压层以下都采用不锈钢材质，静压层以上部分不与溶剂直接接触可不采用不锈钢材质，喷漆室排风风管、下部循环水槽、水管等均采用不锈钢材质。烘干室和预烘干室内壁板、风管等一般采用不锈钢材质，还有相应的辅助设备如输调漆系统、喷漆系统等与水性漆溶剂直接接触的多数都采用不锈钢材料。
3C1B涂料
3C1B型涂料有两种，一种是溶剂型的3C1B涂料，一种是水性漆的3C1B涂料。采用3C1B涂料涂装可以降低涂料的使用量、减少VOC排放量及降低车间的能源消耗等，但这两种涂料在施工控制上要求比较严格，目前实际应用的都比较少，国内只有溶剂型3C1B涂料的应用，使用单位是长安福特马自达汽车南京公司和沈阳金杯汽车等，以下介绍的为溶剂型3C1B涂料。
采用溶剂型3C1B涂装体系车身漆膜厚度大约降低了12～15mm，而且3C1B涂装涂料采用的是高固体份涂料，因此与传统的3C2B溶剂型涂装相比车身涂料的使用量降低了15%左右， VOC的排放量约减少30%～40%。
3C1B涂料的涂装工艺中取消了中涂烘干、中涂后打磨工段，减少了生产能耗及设备投资，车间运行能耗减少了15%～20%。生产工序的缩减，降低了车身的污染机会，3C1B车和3C2B车相比不良点数减少了20％左右。3C1B溶剂型涂装与3C2B溶剂型涂料的工艺对比见图3。
图3 3C1B溶剂型涂装与3C2B溶剂型涂料的工艺对比
采用3C1B的涂装工艺对于电泳的表面粗糙度、漆膜厚度、漆膜的闪干及预热工序都有严格的控制要求。车身电泳的粗糙度要求Ra（cutoff2.5）＝0.3以下。由于采用的是中涂与面漆湿碰湿的涂装工艺，施工中对于漆膜厚度、涂膜固化控制等都有严格的要求，否则易于导致色差和漆膜表面失光现象的产生。为了保证喷涂漆膜厚度的均匀性，目前车身外表面主要采用机器人喷涂。3C1B涂装工艺主要控制要求见图4。
图4 3C1B涂装工艺主要控制要求
粉末涂料
粉末涂料是无溶剂型涂料，使用粉末涂料VOC的排放量几乎为零，可以达到10g/m3以下。粉末涂料的应用可以降低VOC的排放量，而且没有喷漆室废水的排放。粉末涂料可以回收利用，利用率一般可以达到95%。粉末涂料在汽车涂装中主要作为中涂、中面合一涂料和罩光涂料等使用。粉末涂料喷涂回收再利用流程见图5。
先前的粉末涂料能耗较高，换色难，耐侯性差，一次性喷涂漆膜较厚，漆膜外观的装饰性较差，这使粉末涂料的应用受到限制。目前开发了一些新的产品，改善了粉末涂料的性能，如低能耗、高耐侯性和小粒径的粉末涂料等。先前的粉末涂料烘干温度要求在180℃以上，烘干时间20min；现在涂料的烘干温度降低到140℃，烘干时间30min。
图5 粉末涂料喷涂回收再利用流程
粉末涂料由树脂、固化剂（热固性粉末涂料中）、颜料、填料和助剂（包括流平剂、稳定剂等） 等组成。粉末静电喷涂设备主要由带电粉末喷枪、供粉装置、供气系统及回收装置等四大部分组成。粉末静电喷涂采用多枪自动操作系统，分别从上、下、左和右等多方向喷射， 使粉末喷涂均匀， 厚薄一致，喷枪距工件150～250mm。喷涂时被涂物必须接地良好，以保证较好的粉末涂料涂着效率。生产中供粉桶、喷粉室及回收系统要避免其他不同颜色粉末的污染，每次换色时一定要吹扫干净。
结语
节能、环保涂料的技术仍然在不断提高，涂料在研发中考虑降低VOC排放量的同时，兼顾降低CO2的排放量（即降低能源消耗）。如目前水性3C1B涂料的研发，即是减少了中涂烘干工序，降低了水性涂料能耗大的缺点；低温粉末涂料的研发解决了粉末涂料能耗大的缺点。在环保法规的严格要求下，节能、环保涂料的研发及应用一定会在国内外得到高速发展，节能、环保涂料取代溶剂型涂料的趋势也将成逐步增大的趋势。(end)
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(6/23/2010) |
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