汽车涂装的节能减排技术

国际金属加工网 2018年04月13日

节能减排是世界各国的汽车制造企业发展的主题,均投入大量资金进行研究,从改善制造设备,到提升涂装新技术、发展涂新材料,从而达到节能减排目的。同时涂装材料与技术、生产设备直接影响到汽车外在的美观性和使用性能,因此,关于汽车涂装新技术、新材料和新设备的研究,应当继续不断开拓,最终实现逐步实施及推广。

在汽车制造过程中,涂装能耗约占(整车的冲、焊、涂、总)总能耗的 60%。降低涂装过程中的能源消耗、减少污染物排放对于保护人们的生活环境,具有非常积极的意义。近年来涂装材料开发的重点在于提高性能的同时,将更注重其环保性能,主要体现在以下几个方面: ①前处理研究方向的主要目标是降低废水的排放和有害污染物的排放;②满足环境保护法的要求,电泳材料开发出不含铅的电泳漆;③现阶段比较环保的涂装材料且在汽车行业中较为流行的主要包括:粉末涂装材料、高固体分涂装材料和水性涂装材料等。以前汽车较常采用的面漆和中涂等渐渐被这些新型环保材料所代替。目前,专家学者和各汽车生产制造公司在涂装新技术等方面也在不同程度的控索与前进,节能减排会随着新材料、新技术、新设备不断发展取得一定成果。

1 涂装节能减排新材料

1.1 硅烷化处理

硅烷化处理技术具有节能、环保无污染等特点,是目前技术发展较成熟的可取代磷化的前处理技术,此技术可以利用硅烷等材料实现非金属材料和金属材料表面的外理。这项技术和以前使用的磷化技术对比,硅烷处理具有较突出的优点:(1)这项技术在处理时无渣 ,作用时间很短,程序也较少,能够节约时间,去除额外的钝化过程,槽液使用寿命长,维护简单;(2)不含重金属,比如:镍、锌、锰等,也不需要加热升温处理;(3)对常用有机涂层有良好的附着能力。

1.2 新电泳涂料

高泳透力电泳漆在大众、通用、长城、吉利等各大主机厂均已获得推广使用,通过对高泳透力电泳漆性能和现场施工参数的研究发现,高泳透力电泳漆具有以下优良特性:①其优异的泳透能力,能够给内腔提供足够的有效的涂覆,不仅能够减少涂料的使用量,同时汽车的涂膜厚度也得到了减薄,降低了涂料消耗量,生产效率得到了大大提升。②此材料对于各种基材都能适应,并在基材上作用时可以使涂膜厚度很均匀。③可以减小打磨的强度,同时减小打磨痕的敏感性。④与以往的电泳漆相比,它施工的主要参数范围比较大,对于汽车的生产更为适应。

具有高泳透力的CED涂料、髙耐候性CED 涂料和髙分层性的CED涂料逐步占领涂装市场。高泳透力的 CED涂料大大减少挥发性有机化合物的排放,减少涂料用量,降低排放量和成本。新型的耐候性CED涂料在耐候性方面有了较大的进展,避免了传统的CED涂料易受光老化问题,并且简化涂装工艺的同时增加了表面平滑性。高分层 CED涂料将耐候性涂料与CED涂料搭配组合,实现了将传统涂料与新型涂料良好的结合,表现出涂料的耐候性及防腐蚀性[3]。

1.3 清洗水循环再生技术及“逆流”全闭式清洗“零”排放工艺

清洗水循环再生技术包括超滤、RO技术等。超滤是以压力为推动力,利用超滤膜不同孔径对液体进行分离的物理筛分过程。它具有工艺简单,设备投资少的特点。同时将反渗透装置(EDRO)安装在超滤装置之后,超滤装置的透过液将会被进一步处理,之后对产品实施最后的喷淋,完成后的喷淋液将再次送回到电泳槽,这一套清洗程序属于闭路程序,不仅效率高,节约时间和材料,而且清洗过程实现了无废水排放,避免环境污染,电泳漆也得到了回收再利用,不再有处理废水的负担,实现了真正意义上的闭路循环。“逆流”全闭式清洗“零”排放工艺通过后一道工序的部分排放水同时是之前工序的补充水,以及选择排放物经充分过滤再回收利用的策略大大降低了前工序中的水消耗和排放,同时,也降低了对排放物处理的机械设备等的购买维护等方面的支出,经过反渗透装置过滤的超滤液真正完成了涂装车间电泳技术的 “零”排放。

1.4 高固体分涂料

高固体分涂料主要有大气污染低、施工效率高、装饰性好、涂料用树脂要求较高等特点。为适应环保要求,降低 VOC 的排放, 汽车厂广泛使用高固体分涂料。高固体分涂料采用低粘度的聚酯、丙烯酸树脂, 以及高固体分的氨基树脂,主要应用在汽车用单色面漆、罩光清漆等方面。高固分涂料在使用过程中,由于其施工性能及所需的施工条件与现有溶剂型涂料基本相同, 因此原有的涂装线不需大的改造即可使用,同时对设备没有专门的要求,且操作施工比较简单, 在使用溶剂型涂料的生产线上均可直接使用。其特点主要包括:(1)其固体含量(体积分数)一般在65%~80%之间,在喷涂和干燥的过程中溶剂散发造成的大气污染就较少。(2)由于涂料固体分高,一道涂膜厚,大大提高作业效率。

1.5 水性涂料

国内外各大汽车企业已普遍采用水性涂料,尤其是在新建的涂装生产线中。目前主流的环保涂料以水性涂料和粉末涂料为代表,这类涂料不易燃不易爆,以水性涂料为例,仅采用少量低毒性醇醚类有机溶剂,VOC含量低,在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工,对材质表面适应性好,涂层附着力强。
相比起传统涂料,水性涂料更具不可能比拟的优势。溶剂型涂料以有机溶剂为溶剂,水性涂料则是以水为溶剂,水本身无毒无味,再加以水性的基料和水性的辅料完全是水性化,而且水性涂料在生产过程当中是一种物理反应,不会再有其他的成分发生,所以与溶剂型涂料有毒有害、易燃易爆不同,水性涂料无论生产、使用、储存、运输方面都是安全和环保的。

2 涂装节能减排新技术

2.1 新型阴极电泳材料技术
阴极电泳材料较具有代表性材料分别有自泳漆、分层阴极电泳材料和紫外光固化阴极电泳材料。自泳漆利用化学自动沉淀反应,在金属表面形成有机涂层从而减少电能的消耗。分层阴极电泳材料可使电泳底漆兼具防锈和耐候功能,可取消中涂工艺过程。紫外光固化阴极电泳材料可降低电泳湿膜在胶化成型过程中的能源消耗。

2.2 旋杯喷涂技术

旋杯喷涂技术使用实现涂料有效利用。旋杯喷涂技术利用旋杯和被涂工件进行电极设置所形成的强电场,与此同时旋杯在驱动力的作用下旋转,涂料在旋杯内处于离心力和强电场的共同作用下,均匀的喷涂在工件上。自动静电旋杯涂装优点包括:(1)对涂料的雾化效果好,能显著改善涂膜的外表;(2)对涂料的利用率高,节约涂料,减少污染;(3)涂装灵活性高,利于仿形,能应用于机器人的涂装。目前生产旋杯的主要制造商包括:德国的DULL、法国SAMES、日本ABB、日本TKS。

2.3 3C1B涂装技术

新型的涂装工艺3C1B,主要特点是对3C2B的中烘干工序进行了合理的简化,将中涂烘干、中涂打磨、中涂储存和面涂擦净等工序相应取消。水性3C1B工艺是在溶剂型3C1B工艺的基础上,结合水分在常温下挥发慢的机理,将原有每道喷涂后的常温流平调整为60~80ºC的闪干流平,以满足水性涂料脱水率要求。降低了有机挥发性化合物的排放,节约了成本,避免了传统的汽涂装工艺不满足环保技术的要求。

2.4 水性免中涂技术

免中涂工艺在涂膜质量满足汽车涂层各项性能指标的基础上,免去了中涂工序,达到了节能、减耗、环保、降成本的目的,是未来汽车涂装技术的发展趋势。相对于传统的三涂两烘(3C2B)工艺,其在涂膜质量满足各项性能指标的基础上,取消了中涂,将中涂层的功能特性集成到涂料体系的其他组分中,减少了涂料耗量,降低了运行能耗和VOC的排放量。免中涂工艺优化和简化了涂装,被认为是目前最具发展前景的涂装技术之一。免中涂与其他工艺VOC排放量对比见表1。

3 涂装节能减排新设备

3.1 壁挂喷漆机器人

把车间机器人的底座或手臂安装在室内壁板外部,即为壁挂机器人。通过减少喷漆这类机器人底座位置的面积,可以实现喷漆室整体宽度的降低,减少了喷漆室横截面积和空调送风量,最终降低了空调风机耗电量。

3.2 车身翻转输送技术

车身翻转技术是一种车身在运动过程中,能够边向前进边实现纵向的翻转。这种技术在涂装车间对车身进行前处理以及电泳程序时的冲洗浸渍等环节被广泛采用。此项技术的主要优势在于它能够大大减小机械设备的长度,同时节省大量投资、化学药物的使用、冲洗液和用电量等,对于车身的涂装效果和整体生产效率也非常有利。目前应用比较有代表性的包括杜尔(DUERR)公司的RoDip-3,RoDip-3Plus和艾森曼 (EISENMANN)公司的多功能穿梭(Vario-Shuttle )。

3.3 转轮技术

沸石转轮浓缩技术就是针对低浓度VOCs的治理而发展起来的一种新技术,与催化燃烧或高温焚烧进行组合,形成了沸石转轮吸附浓缩+焚烧技术。在VOCs治理中使用沸石转轮,将大风量、低浓度的废气浓缩成为高浓度、小风量的废气,从而减少设备的投入费用和运行成本,提高废气的处理效率。在处理大风量、低浓度废气的时候,如果没有沸石转轮,直接进行燃烧,则不仅废气处理设备体积大,而且运行成本高。而使用转轮浓缩后高浓度、小风量的废气进入废气处理设备可减少投资费用,其次高浓度的废气在燃烧VOCs的时候可以减少燃料的使用量降低运行成本。浓缩转轮在冷却区被冷却,经过冷却区的空气,再经过加热后作为再生空气使用,达到节能的效果。

4 结语

节能减排是世界各国的汽车制造企业发展的主题,均投入大量资金进行研究,从改善制造设备,到提升涂装新技术、发展涂新材料,从而达到节能减排目的。同时涂装材料与技术、生产设备直接影响到汽车外在的美观性和使用性能,因此,关于汽车涂装新技术、新材料和新设备的研究,应当继续不断开拓,最终实现逐步实施及推广。


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