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                我國汽車涂裝的未來發展趨勢

                文章出處:東莞市盛豐機械有限公司 人氣:-發表時間:2014-01-15 14:03:00

                    我國汽車工業在"十一五"期間高速發展,已連續3年成為大汽車產銷國(參見表1),成為我國國民經濟的支柱產業,帶動相關產業的發展。隨汽車產量的猛增,大大促進汽車涂裝工藝技術和汽車涂料產業的長足進步。按汽車年產量和保有量估算,汽車涂料市場年耗用量超過70萬噸。其中原廠用漆(OEM)約45萬噸,修補漆約15萬噸,零部件用涂料10萬噸。

                    汽車涂裝的現況

                    我國進入21世紀以來,適應擴大產能的需要,各汽車公司新建了幾十條汽車車身涂裝線和塑料件(如保險杠)涂裝線,采用了國際上較新涂裝工藝技術和涂裝設備。隨著環保意識的提高,自2004年起開始采用水性中涂和水性底色漆,替代有機溶劑型涂料,至今已有近30條車身涂裝線實現水性化。近1-2年新建的和正在籌建JPH30~60臺/h的都采用先進的綠色涂裝工藝技術和水性汽車涂料。

                    表1近年主要汽車生產國的汽車產量統計表(萬輛)
                 

                    汽車涂裝的現況
                    (2)截至2012年6月底我國汽車保有量達1.14億輛。

                    總的概括為:骨干汽車公司的轎車車身涂裝工藝水平和涂裝質量已與國際水平全面接軌,涂裝工藝裝備世界一流,甚至比西方汽車大國還先進,并向環保、節能減排全面達標,汽車涂料低VOC化(水性化)的綠色涂裝邁進。但發展不平衡,有的公司的工藝水平和涂層質量較低。

                    與國外先進水平相比,較大的差距是:

                    在環保、節能減排、清潔生產方面。很多涂裝線的單位涂裝面積的耗能量、耗水量和涂裝材料耗用量都偏高,有的涂裝線的VOC排放量、能耗(CO2排放量)、耗水量是先進水平的好幾倍。

                    新建的VOC排放量已達國家推薦標準的車身涂裝線僅20多條,大部分車身涂裝線的中涂、底色漆采用有機溶劑型涂料,VOC排放量≥120g/m2,相關國家VOC排放量和要求如圖1所示。
                 

                    圖1相關國家VOC排放量和要求

                    國內較先進的轎車車身涂裝車間能耗為200KgCO2/臺左右。一般的車身涂裝車間遠高于此值,德國某公司報導的綠色涂裝車間的能耗列于表2中。日本涂裝能耗已降到120KgCO2/臺以下。2012年目標值為100KgCO2/臺(參見圖2)。杜爾公司較近發布2012年綠色涂裝車間(ECpaintshop)已達到的目標值參見表3.

                    表2每臺車身涂裝總能能耗 


                    注:※由總能耗換算成CO2排放量(即單臺車身涂裝能耗MJ/臺),換算為單臺車身涂裝排放出的CO2量(kgCO2/臺);換算方法:○1假定總能耗中45%是電能,55%是天然氣熱能;○2CO2排出系數:電0.154KgCO2/MJ;天然氣0.0153KgCO2/MJ。

                    例:2620MJ/臺×45%×0.154KgCO2/MJ+2620MJ/臺×55%×0.0153KgCO2/MJ=181.566+73.923=255.489KgCO2/臺。

                    表3ECO+paintshop轎車車身涂裝車間與未綠化前對比(1)


                    注:轎車車身的涂裝基數:底色漆BC70%金屬色;清漆2K涂裝面積:電泳底漆(EC)90m2,中涂(面漆)10m2,密封膠100m,PVC車底涂料5m2,LASD(車內防聲阻尼涂料)1.5m2。

                    例:2620MJ/臺×45%×0.154KgCO2/MJ+2620MJ/臺×55%×0.0153KgCO2/MJ=181.566+73.923=255.489KgCO2/臺。

                   綠色涂裝理念

                    11年國內外涂裝·涂料界引入了綠色涂裝理念,創建"綠色涂裝車間"(GreenpaintShop)成為涂裝工業發展的主流趨勢。

                    "綠色涂裝"理念就是要優質高產低成本,涂裝生產更綠化;就是要在設計建設涂裝車間中貫徹3E原則和兼顧實現"高品質、商品價值、經濟性、環境友好性"四個方面的目標值(參見圖4)。德國公司介紹的綠色涂裝車間的生態和經濟目標是6個高效(工藝效率、能源和材料利用率、排放凈化效率、空間利用率、柔性化效率)、9個更少、2個更高和1個更低(參見圖5)。創建綠色涂裝車間,必須對逐工序逐臺設備審核現有的涂裝工藝及設備進行優化設計,依靠技術創新實現10個更少(削減),降低涂裝成本(見表4)。 


                   圖3人機工程關系圖
                表4 涂裝車間綠化目標及措施一覽表
                十大綠色涂裝技術革新


                    進入21世紀以來,經汽車廠、涂裝材料廠和涂裝工程公司聯合攻關,開發應用許多綠色涂裝材料,新的涂裝工藝技術、新涂裝設備及裝置,歸納起來,重大革新(有些是革命性的變革)有以下10項:

                    1、汽車涂料水性化
                    采用水性涂料替代有機溶劑型涂料是汽車涂裝削減VOC排放量的主要途徑(手段),在轎車車身涂裝工藝中除罩光清漆仍用有機溶劑型清漆外,底漆、中涂和底色漆都采用水性涂料。

                   汽車用水性涂料的施工性能及其涂膜性能在近10年中有較大的改善,又開發了很多換代產品,基本解決了當初制約采用水性涂料難題(能耗增大,設備投資增大,施工作業性差、涂裝運行成本高等)。

                    2、滾浸式輸送技術(機)
                    汽車車身前處理·陰極電泳涂裝線用輸送設備通常采用懸掛輸送系統,進入21世紀以來,開發采用了在經濟和環保方面具有較大優勢的滾浸式(或稱翻滾式)輸送設備。傳統輸送方式的諸多不理想之處得到了極大改善(參見圖6)。 


                  圖6

                    滾浸式輸送機,能確保車身表面處理涂裝完善,車身外觀水平面顆粒大幅度減少,帶液量由10~12L/臺降到1~2L/臺,基于翻轉出入槽,設備和浸槽可縮短15~20%。

                    近年來德國公司又開發成功第三、四代滾浸式輸送機,其性能更先進,經濟性更好(參見圖9)。其他國家也研究開發翻轉式輸送機,取得了較大的進步(參見圖7)。

                    技術優勢
                    車身的防腐蝕性得到優化,ED的涂布性得到改善,可以不需要滑撬;有利于平面布置,涂裝成本減少。

                    承載:1000kg/車身,升降速度:V較大=18m/min,行駛速度Vmax=60m/min


                  圖7

                    3、新一代環保型無磷涂裝前處理工藝(硅烷處理)

                    作為成熟的涂裝前處理工藝,磷化已使用幾十年。近年來,硅烷處理,鋯鹽處理和兩者復合的新一代環保型無磷化涂裝前處理工藝發展很快。

                    有機硅烷表面處理工藝是具有發展潛力的一種,處理液中不含P、Zn、Ni、Mn、NO2-等有害物質;常溫下處理,處理時間短30~90秒,約為磷化處理時間的一半;薄膜(納米級)、轉化膜重量0.1g/m2(約為磷化膜重的1/20)、沉渣比磷化減少90%左右或無渣,單耗大大降低;還具有簡化工藝(取消表調和鈍化工序)和適應多種底材(如冷軋鋼板、鍍鋅鋼板、鋁材、銅合金等)共線處理的特點。

                    經近10年來在家電、汽車零部件、輕工等涂裝線上應用,不斷試驗改進,硅烷處理技術已從實驗室階段走向成熟。薄膜型硅烷處理膜與新的高泳透力CED涂料配套后的涂層各項性能達到防腐蝕性和裝飾性要求較高的轎車車身涂裝的技術條件。在法國、西班牙、巴西、俄羅斯等國轎車車身涂裝線采用,已有幾十萬臺車身下線。

                    4、“三濕(3WET)”中涂、面漆噴涂及免中涂新工藝

                    常規的中涂、面漆噴涂工藝是3C2B涂裝體系(即中涂→烘干→底色漆→預烘干→罩光清漆→烘干),一般由中涂涂裝線和面漆涂裝線組成。“三濕(3WET)”中涂、面漆噴涂工藝系指中涂+底色漆+罩光清漆。“濕碰濕”三涂層噴涂后一起烘干,稱為3C1B涂裝體系。

                    3C1B涂裝體系:中涂→晾干(或預烘干)→底色漆(BC1+BC2)→預烘干→罩光清漆→烘干。與3C2B涂裝體系相比,可將噴涂中涂工序布置在面漆噴涂線上,取消了中涂烘干、打磨和涂面漆前的準備工序。

                    免中涂工藝(或稱緊湊型雙底色工藝):底色漆1(BC1兼有一定的中涂功能)→底色漆2(BC2)→預烘干→罩光清漆→烘干。與3C2B相比,取消了中涂線。

                   “3C1B”工藝在簡化工藝、節省投資、節能減排、降成本方面,較原工藝(3C2B)具有較大的優勢,現可作為A級轎車的典型涂裝工藝。剛投產的一汽大眾成都和長春豐越涂裝線采用了水性免中涂和3C1B噴涂新工藝。當今,“三濕”中涂、面漆噴涂新工藝的涂料配套,工藝流程、節能減排和削減VOC排放量與常規工藝(3C2B)對比效果參見表5。

                    5、機器人自動靜電噴涂技術

                    從上世紀90年末開始在汽車涂裝中采用機器人自動靜電噴涂機替代往復式自動靜電噴涂機(ESTA)。機器人噴涂柔性和仿形性好,可線外調試,適用多品種混流生產;使用噴杯少,一個工位配置3~4臺機器人(即3~4個噴杯)可相當于6~9個噴杯的ESTA,噴杯的利用率高,換色時清洗涂料和溶劑損失少,涂裝效率及涂料利用率高,耗能少,削減VOC、CO2排放量和降成本的效果好;有利于汽車車身中涂、面漆噴涂實現全自動化(無人化)。確保噴涂質量穩定,一次合格率高。

                    國內于本世紀初,采用機器人自動靜電噴涂汽車車身外表面,內表面和補噴仍是手工空氣噴涂。近年建的新線實現了車身內外表面的全自動噴涂。如一汽大眾JPH30臺/h的成都面漆(BC1+BC2+CC)噴涂線,采用46臺機器人,實現擦凈、開門、內外表面噴涂、底色漆膜厚檢測等作業全自動化。


                    6、干式漆霧捕集新技術(裝置)-干式噴漆室

                    汽車車身涂裝線用的大型上供風下排風噴漆室,一直配用水洗式漆霧捕集裝置,因而稱為濕式噴漆室,它需用大量的水,并需加化學藥品(絮凝劑);排放出來含漆渣的污水,加重環保負荷。歐美國家開始限用水洗式漆霧捕集裝置,已形成干式噴漆室如德國的干式漆霧捕集ECODryScrubber和靜電漆霧捕集EScrub技術裝備的干式噴漆室替代濕式噴漆室之勢。

                    采用干式分離技術除凈噴漆室排風中的漆霧,不產生特殊的垃圾,分離過程完全自動化,分離不用水和化學藥品,過濾介質(粘漆霧濾料,filterelements)是白色的石灰石粉,完全可再生利用。通過干粉末吸濾漆霧捕集裝置的噴漆室排風,不需追加過濾可直接再循環使用,僅需補供5~20%新鮮空氣。

                    干式漆霧凈化的噴漆室結構如圖8所示。

                 

                    在工業涂裝設備上已獲得工業應用實例有:前處理、電泳設備的加溫、冷卻和廢熱能回收;噴漆室排風循環風除濕調溫;水性底色漆噴涂后的水份干燥,采用低溫低濕風吹干空氣的除濕和調溫,作為烘干室的熱源和強冷室的冷源等。

                    熱泵技術在涂裝領域中已應用的實例表明:與其他加熱、冷卻法相比削減CO2排放量特別明顯(在噴漆室排風循環空調,水份干燥采用低溫化吹干場合,可削減CO2排放量60%以上)且節能、降成本。

                    9、采用膜過濾技術再生清洗水循環利用,實現“零”排放

                    涂裝車間是耗水大戶,涂裝一臺轎車車身耗水量,工業先進的幾百升/臺,落后的以噸/臺計。采用RO、UF、NF膜過濾再生清洗水循環利用技術已趨向成熟普及。如用PT-RO和ED-RO分別再生前處理和電泳后清洗*終一道循環純水洗液(約50μs/cm),制成濾液(<10μs/cm)替代純水,可節省50%左右的新鮮純水,濃縮液返到前道工序使用(參見圖12、13),提高水和藥品、CED涂料的利用率,削減了污水排放量或實現"零"排放。采用NF或UF過濾再生前處理脫脂和磷化后的清洗水。還有采用陶瓷超濾(UF)裝置作為脫脂液的油水分離器,回收脫脂液和降低脫脂處理液中的含油量,延長脫脂液的使用壽命。

                    10、智能化監控系統,提高科學管理水平

                    計算機及其應用技術在現代的涂裝生產中越來越普及,使涂裝工藝管理,生產管理,設備監控等實現自動化、數據化和智能化。

                    例如,德國杜爾公司新開發過程監控系統(EcoEMOSEnergy軟件模塊),能記錄生產過程中的各種數據,分析和評估能源消耗情況。對各個生產區的能耗情況進行優化分析,能耗過高的區域能被自動識別出來,及時予以控制。利用EcoEMOS中存儲的工作時序模塊,還能自動分析和計算出那些停工區域能耗應該降低的程度。

                    提高科學管理水平,智能化監控是向管理要效益的主要手段。

                    結束語

                    推廣普及上述10大綠色涂裝技術,實現"10個更少"的綠化目標,是全面提升涂裝車間的環保節能水平的發展方向。國家環保部門應早日頒布強制性的汽車涂裝清潔生產法規,明確VOC、CO2和廢水排放標準。加強環保清潔生產宣傳教育力度和執法力度,促進汽車涂裝和涂料生產轉型。限期淘汰高能耗,高污染,低質的產品;做到增產不增能耗。

                    涂料工業和涂裝工程公司應強化售前售后服務,擴大服務范圍,提高服務水平,走涂料涂裝一體化道路。組織汽車公司、涂裝材料公司、涂裝工程公司及相關科研單位聯合攻關,消化吸收引進技術,創新開發綠色涂裝工藝技術、新材料和新裝備,為創建綠色涂裝車間打基礎作貢獻。

                 

                此文關鍵字:噴涂設備,噴涂機,噴涂機器人,涂裝生產線設備,玩具涂裝生產線,家具 涂
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