浅谈汽车涂装中的节能环保涂料.doc

图1 对于水性涂料系的VOC消减效果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2 水性漆与溶剂漆工艺流程对比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。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5060。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2328，相对湿度705，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7010，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530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。图3 3C1B溶剂型涂装与3C2B溶剂型涂料的工艺对比设备投资方面，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1215mm，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%。图4 3C1B涂装工艺主要控制要求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。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。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150250mm。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