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綠色涂裝理念在涂裝車間規(guī)劃中的應(yīng)用

2016-03-22 11:46:35 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車防腐蝕老化分會(huì) 分享至：

　　本文從綠色涂裝的對(duì)象、工藝、材料、設(shè)備、管理等方面討論了綠色涂裝理念在涂裝車間規(guī)劃中的應(yīng)用。

　　前言

目前全社會(huì)在積極倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、創(chuàng)新型社會(huì)；節(jié)能減排已成為各汽車企業(yè)發(fā)展的主旋律。同時(shí)，國(guó)家也不斷頒布“清潔生產(chǎn)”和“防止大氣污染”等相關(guān)的法規(guī)，這就要求我們各個(gè)汽車企業(yè)要承擔(dān)其相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任。我們應(yīng)致力于探尋“環(huán)保、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)”統(tǒng)籌兼顧的最佳規(guī)劃方案，建設(shè)“優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本、少公害”的綠色涂裝車間。努力促使綠色涂裝和增效降本進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，把這一觀念貫穿于涂裝車間的各個(gè)階段。我們規(guī)劃時(shí)不僅僅考慮車間建設(shè)成本，更重視考慮生產(chǎn)中的能源消耗、材料使用、排放達(dá)標(biāo)、人力成本、維護(hù)成本和產(chǎn)能延展性等因素，從長(zhǎng)遠(yuǎn)著想、科學(xué)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展的綠色涂裝車間。促使在環(huán)保、節(jié)能減排和資源利用率等方面的規(guī)劃不斷縮短與國(guó)際先進(jìn)水平之間的差距。

　　本文從綠色涂裝的對(duì)象、工藝、材料、設(shè)備、管理等5個(gè)方面展開(kāi)討論。

　　1涂裝對(duì)象

規(guī)劃時(shí)提前介入，通過(guò)對(duì)涂裝對(duì)象即產(chǎn)品的前期SE分析、上游板材、輔料、模具精度等要求，從而控制以減少帶入涂裝車間的粉塵和油脂量，進(jìn)而減少藥劑和水的消耗量。

　　1.1SE分析在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段將SE向相關(guān)問(wèn)題處理掉，從而提高涂裝質(zhì)量，減少材料浪費(fèi)及降低制造成本。目前國(guó)內(nèi)的合資企業(yè)涂裝專業(yè)基本不做SE分析，自主品牌做的比較好的是奇瑞、長(zhǎng)城汽車。

　　1.2金屬粉塵造成前處理電泳涂膜塵埃顆粒缺陷的灰塵78%為金屬粉塵（白車身帶來(lái)的附在外表面或附著在內(nèi)腔的40-250μm的焊渣、切削粉），涂裝主要在于工藝布置，水洗次數(shù)和設(shè)備的配置來(lái)控制顆粒數(shù)，前期規(guī)劃對(duì)焊裝專業(yè)的要求輸出也尤為重要。

　　1.3板材及拉延油鍍鋅板材及易破解拉延油的選用，可以減少材料的消耗和廢水的排放。規(guī)劃時(shí)對(duì)沖壓專業(yè)的輸出要求也應(yīng)明確及時(shí)。

　　2、涂裝工藝：

　　2.1環(huán)保型非磷酸鹽涂裝前處理工藝，其中硅烷處理具有可靠、便捷、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)2.1.1可靠傳統(tǒng)的磷化膜可以被硅烷工藝形成的超薄有機(jī)膜替代；2Si-O-Me共價(jià)鍵分子間具有較強(qiáng)的結(jié)合力，產(chǎn)品穩(wěn)定，產(chǎn)品的防腐蝕能力亦有較大提升；硅烷處理后，不用烘干，直接進(jìn)行電泳。泳透率與鋅系磷化相當(dāng)。

　　2.1.2便捷采用硅烷工藝雙組分液體配成的槽液僅需要控制電導(dǎo)率和PH值，不像傳統(tǒng)磷化工藝控制參數(shù)諸多：促進(jìn)劑、游離酸、鋅、鎳、錳的含量、溫度和總酸等；多種金屬材料處理工藝：可共線處理鋁板、冷軋板、電鍍鋅板、涂層板、熱鍍鋅板等各類金屬板材；兼容傳統(tǒng)涂裝前處理工藝及設(shè)備，前處理設(shè)備無(wú)需改造，更換磷化液后，就可以進(jìn)行生產(chǎn)。

　　2.1.3環(huán)保不含有Ni、Mn、P、F等有害的重金屬；無(wú)渣：鋅鹽磷化處理資源利用率低，幾乎50%的藥劑在處理過(guò)程中成為磷化沉渣（工業(yè)廢棄物）；廢水排放量下降明顯：方便處理，如果采用過(guò)濾和離子交換裝置，能實(shí)現(xiàn)封閉循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　2.1.4經(jīng)濟(jì)材料單耗降低：磷化膜的重量通常為2~3g/㎡,Silane涂層膜重僅僅0.1g/㎡，相差20倍左右，單位單耗可降低45%；處理時(shí)間縮短：只有磷化處理時(shí)的50%，因此可以提高產(chǎn)量；維修量減少：無(wú)表調(diào)、鈍化和除渣設(shè)備，也不需要定期清理，磷化槽及管路和噴嘴等；系統(tǒng)長(zhǎng)度縮減：無(wú)需表面調(diào)整和鈍化工序，投資上可以節(jié)省10%。

　　目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)規(guī)劃采用的上汽通用北盛工廠、武漢神龍三工廠、奇瑞常熟觀致等。

　　2.2PVC“濕碰濕”工藝PVC車底涂層及密封膠不單獨(dú)烘干，而與中涂或面漆一起烘干,具有經(jīng)濟(jì)、降耗、環(huán)保的特點(diǎn)。在二涂層涂裝體系中取消PVC烘干室，從而達(dá)到簡(jiǎn)化涂裝生產(chǎn)工藝、節(jié)省涂裝線運(yùn)行能耗、降低生產(chǎn)成本、減少了廢氣排放污染及廢氣處理量，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保節(jié)能。

　　采用PVC“濕碰濕”工藝，烘干設(shè)備投資是傳統(tǒng)工藝的85%；單車能耗成本是傳統(tǒng)工藝的95%；熱能消耗按經(jīng)驗(yàn)值，傳統(tǒng)工藝涂裝車間內(nèi)的各個(gè)烤爐占整個(gè)涂裝車間熱能消耗的18%，8%，12%，14%，那么采用此種工藝至少可以減少8%熱能消耗。目前國(guó)內(nèi)此種工藝較為成熟，在合資及自主品牌均有大量的應(yīng)用。

　　2.3中涂及面漆工藝趨于緊湊型的發(fā)展方向2.3.13C1B工藝：日系涂料供應(yīng)商研發(fā)了3C1B工藝，福特馬自達(dá)（南京）工廠成功引進(jìn)了該工藝。即取消了中涂漆烘干工序，中涂后閃干（或低溫烘烤），隨后進(jìn)行金屬底色漆、清漆噴涂，故被稱為Threecoatoneback工藝（簡(jiǎn)稱3C1B）。該工藝耐酸性、抗擦傷性方面表現(xiàn)優(yōu)良，涂膜質(zhì)量可以與傳統(tǒng)3C2B性能質(zhì)量相媲美，其主要優(yōu)點(diǎn)在于取消了中涂烘房，節(jié)省了能源；中涂打磨和擦凈工序的取消，減少了人員配置；同時(shí)由于油漆材料消耗的減少；降低了甲苯、二甲苯等VOC的排放。

　　2.3.2緊湊型（B1:B2）工藝PPG涂料有限公司開(kāi)發(fā)出緊湊型（B1:B2）工藝，將正常的中涂層取消，將原來(lái)的一道底色漆開(kāi)發(fā)為二個(gè)涂層（Base1和Base2），隨后噴涂罩光清漆后進(jìn)行烘干工藝。B1:B2工藝的涂層質(zhì)量可以達(dá)到傳統(tǒng)3C2B的質(zhì)量要求；對(duì)于新建的涂裝車間而言一次性投資降低10％～30％，單臺(tái)車身材料成本消耗與傳統(tǒng)工藝相比可節(jié)約近100元，能源費(fèi)用每年可減少20％～30％；減少VOC排放30％以上。該工藝在國(guó)內(nèi)自主品牌江淮汽車已經(jīng)得到成功應(yīng)用。

　　2.3.3無(wú)中涂汽車涂料體系（Eco Concept）Eco Concept是Du Pont涂料有限公司與歐美汽車主機(jī)廠于1995年合作開(kāi)發(fā)的節(jié)能環(huán)保涂裝工藝，全球推廣應(yīng)用于2005年。此工藝完全取消了中涂工序，在電泳烘干后，直接進(jìn)行Du Pont涂料公司的2K色漆、2K罩光清漆噴涂，之后進(jìn)行烘干工藝。目前，全球已有多個(gè)工廠采用DuPont Eco Concept工藝，如Daimler Chrysler不來(lái)梅工廠等，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、節(jié)能及環(huán)保的目標(biāo)。根據(jù)廠家資料，采用該工藝新廠投資較傳統(tǒng)3C2B工藝節(jié)能30%、油漆節(jié)約30%。

　　3涂裝材料

采用低VOC含量的環(huán)保型涂料，目前的技術(shù)發(fā)展潮流與趨勢(shì)是超高泳透力陰極電泳涂料，中涂、底色漆水性漆化，罩光清漆高固化及粉末涂料的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)新建的乘用車涂裝生產(chǎn)線如合資的大眾，自主的江淮、奇瑞、長(zhǎng)城等均采用水性漆涂料；而且在重卡領(lǐng)域也得到了應(yīng)用如江淮、奇瑞，以及正在水性改造的解放青島、福田重工等。

　　3.1電泳新材料目前有分層陰極電泳涂料、紫外光固化電泳涂料、低溫固化陰極電泳涂料等；3.2高固體分粉末涂料粉末涂料已經(jīng)有粉末中涂、粉末色漆、粉末清漆，在克萊斯勒及通用、寶馬、標(biāo)致等汽車涂裝生產(chǎn)線上已經(jīng)大規(guī)模的使用，最高膜厚可單次上膜60～70μm，烘烤溫度為140℃，油漆利用率高，單車耗量比溶劑及水性漆減少40％的用量。

　　3.32K雙組分清漆2K雙組分清漆固體分較高，溶劑含量，可降低VOC的排放，在烘烤溫度及時(shí)間方面也有明顯的改善，采用2K雙組分清漆可將烘干溫度降低至100℃左右，比傳統(tǒng)溶劑型罩光清漆的烘烤溫度下降25%～30%，降低了涂裝車間的能源消耗。但需要增加油漆配比系統(tǒng)、雙組分輸送系統(tǒng)、機(jī)器人噴涂精確配比等，故在輸調(diào)漆系統(tǒng)方面相對(duì)比較復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)北京奔馳及沈陽(yáng)華晨寶馬采用了雙組分罩光清漆，其VOC排放量已符合歐美排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　4涂裝設(shè)備

目前較流行的為規(guī)劃設(shè)計(jì)模塊化理念，用高效的設(shè)備以更小的占地面積、更小的設(shè)備截面積、更小的槽體以實(shí)現(xiàn)更節(jié)能、節(jié)約能源、水和材料的同時(shí)做到減少?gòu)U料、廢氣的排放。資源、成本雙節(jié)約，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、綠色的涂裝車間。較為典型的設(shè)備為旋轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)、新型噴漆室、烘干廢氣處理等。

　　圖1：旋轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)圖1：旋轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)

（1）如圖1所示，旋轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)具有高品質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)：

　　(2)新型噴漆室，干式噴漆室系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)得到了一定的推廣，具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、綠色環(huán)保的特點(diǎn),新型噴漆室系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)對(duì)比如圖2所示。

　　圖2：新型噴漆室系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

2：新型噴漆室系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比此系統(tǒng)無(wú)需水和化學(xué)凝結(jié)劑，減少了廢水處理和材料的浪費(fèi)；該系統(tǒng)空氣循環(huán)使用的比例達(dá)95%，溫度濕度穩(wěn)定，減少了廢氣排放，環(huán)保、節(jié)能、降耗；噴涂過(guò)程產(chǎn)生的廢物，即飽和粘結(jié)物，可以不經(jīng)處理而直接再利用。

　　圖3：噴漆室供風(fēng)系統(tǒng)示意圖圖

3：噴漆室供風(fēng)系統(tǒng)示意圖（3）烘干廢氣處理采用直接燃燒方式可分為(TAR)回收式熱力燃燒系統(tǒng)及（RTO）蓄熱式熱力燃燒系統(tǒng)二種，具有達(dá)標(biāo)排放，綠色節(jié)能的特點(diǎn)。

　　圖4：RTO與TAR對(duì)比圖

4：RTO與TAR對(duì)比TAR：烘干室有機(jī)廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入到焚燒爐預(yù)熱器進(jìn)行熱交換，升溫到350℃以上，經(jīng)特制的混合通道進(jìn)入爐堂火焰區(qū)進(jìn)一步升溫，在650～760℃溫度下，廢氣中有機(jī)成份分解，煙氣經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)引至熱交換器進(jìn)行熱交換后，再經(jīng)煙氣循環(huán)換熱裝置、新風(fēng)換熱器進(jìn)行換熱，向烘干室保溫區(qū)或兩端風(fēng)幕換熱，換熱后廢氣最后排空。每條烘干室設(shè)一臺(tái)大風(fēng)量焚燒爐，焚燒烘干室廢氣，后拖多臺(tái)高溫?zé)煔鈸Q熱三元體，給加熱段供熱，再拖一臺(tái)新風(fēng)換熱器，換熱新風(fēng)送至風(fēng)幕兩端，并作為烘干室的負(fù)壓補(bǔ)充，構(gòu)成一套完整的烘干供熱系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多臺(tái)三元體換熱后，排空廢氣溫度較低，節(jié)能。歐式采用的較多。

　　RTO：采用熱氧化法處理中低濃度的有機(jī)廢氣，用陶瓷蓄熱床換熱器回收熱量，蓄熱床通過(guò)換向閥交替換向，將由燃燒室出來(lái)的高溫氣體熱量蓄留，并預(yù)熱進(jìn)入蓄熱床的有機(jī)廢氣，至一定溫度（≥760℃），致使有機(jī)廢氣在燃燒室發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水，得到凈化，排空。每條烘干室各工藝溫度段，由多套帶燃燒機(jī)的四元體熱風(fēng)爐單獨(dú)供熱，然后3條烘干室的廢氣集中到RTO焚燒爐焚燒，然后直接排空，排空廢氣溫度較高。日系采用的較多。

　　5涂裝管理

目前涂裝車間的管理趨勢(shì)是利用專業(yè)化合作，生產(chǎn)外包：化學(xué)品集中管理及車間清潔工作外包等專業(yè)化管理等達(dá)到降耗、減排、環(huán)保、成本下降的目的，最終實(shí)現(xiàn)共贏。

　　圖5：涂裝管理流程圖

5：涂裝管理流程6結(jié)束語(yǔ)以上只是作者的部分歸納，難免有片面性和局限性。但國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)憑借近十年的快速發(fā)展，追求一個(gè)真正的綠色解決方案一直我們的目標(biāo)，將可持續(xù)性發(fā)展和生態(tài)兼容性作為涂裝車間規(guī)劃的基本理念，相信綠色涂裝車間勢(shì)必代表了未來(lái)涂裝工藝發(fā)展的趨勢(shì)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　王錫春.汽車涂裝涂料技術(shù)飛躍進(jìn)步的十年[J]，中國(guó)涂料，2012，（11）：17-18王錫春主編.涂裝車間設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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