汽车涂装的新技术及发展趋势

　第 30 卷 增刊 　2007 年 12 月 合肥工业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) J OU RNAL OF H EFEI UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY Vol. 30 Sup 　 Dec. 2007 　 　　 收稿日期 :2007211201 ;修改日期 :2007211214 作者简介 :李家伟 (1980 - ) ,男 ,安徽无为人 ,安徽江淮汽车股份有限公司助理工程师. 汽车涂装的新技术及发展趋势 李家伟 (安徽江淮汽车股份有限公司 技术中心 ,安徽 合肥　230022) 摘 　要 :文章结合当前节能、环保的时代要求 ,论述当前汽车涂装的新材料、新工艺及汽车涂装发展趋势。包 括前处理、电泳、PVC 及中涂面漆 4 个方面。主要介绍了硅烷 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 处理技术、超高泳透力电泳漆、低密度自干型 PVC 材料、杜邦公司的 Eco concept 工艺和立邦公司的 3C1B 工艺。 关键词 :汽车涂装 ; 新工艺 ; 新材料 ; 节能环保 ; 发展趋势 中图分类号 : TQ63 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :100325060 (2007) (Sup)20128204 Ne w technology and trend of development of automobile painting L I J ia2wei ( R &D Center , Anhui Jianghuai Automobile Co. ,Ltd , Hefei 230022 , China) Abstract :According to t he times demand for energy reduction and environment p rotection , t he paper discusses t he new materials , new processes , t he t rend of develop ment of automobile painting , in terms of p ret reatment ,E2coat ,PVC ,primer ,and top coat . Meanwhile ,it mainly int roduces t he OXSI2 L AN pret reat ment technique , t he super t hrowing power E2coat , t he lower density self2dry PVC , DU PPON T Eco concept p rocess and N IPPON 3C1B process. Key words :automobile painting ; new processes ; new materials ; energy reduction ; t rend of develop2 ment 0 　引 　　言 自 2003 年 1 月 1 日起实施的《中华人民共 和国清洁生产促进法》到 2006 年 12 月 1 日实施 的国家环境保护总局发布的《清洁生产标准 - 汽车制造业 (涂装) 》等一系列法规、标准的出 台 ,可以看出国家对环境治理的决心与信心。 尤其是《清洁生产标准 - 汽车制造业 (涂装) 》法 规 ,对汽车制造业的污染物产生指标等做了明 确要求 ,如表 1 所列。 为了适应时代要求 ,世界各大汽车涂料及设 备厂家都将节能环保做为其产品的研发方向。同 时各汽车制造厂也在积极与涂料、设备厂家合作 , 开发新的材料、工艺。 本文就当前汽车涂装的新技术和发展趋势做 如下评述。 表 1 　汽车制造业涂装清洁生产标准的指标要求 污染物产生指标 一级 二级 三级 废水产生量/ (m3 ·m - 2) ≤0. 09 ≤0. 18 ≤0. 27 COD 产生量/ (g ·m - 2) ≤100 ≤150 ≤200 总磷产生量/ (g ·m - 2) ≤5 ≤10 ≤20 有 机 废 气 (VOC) 产生量/ (g ·m - 2) 2C2B 涂层 ≤30 ≤50 ≤70 3C3B 涂层 ≤40 ≤60 ≤80 4C4B 涂层 ≤50 ≤70 ≤90 5C5B 涂层 ≤60 ≤80 ≤100 废漆渣产生量/ (g ·m - 2) ≤20 ≤50 ≤80 1 　表面处理 当前 ,国内厂家普遍采用的前处理工艺 :预清 洗 →预脱脂 →脱脂 →一次水洗 →二次水洗 →表调 →磷化 →三次水洗 →四次水洗 →一次纯水洗 →二 次纯水洗。 这种工艺主要存在以下缺点 : ①能源消耗 大 :脱脂、磷化的工作温度一般为 40～50 ℃,在给 槽液加热中 ,同时也有大部分热由于管路及槽体 保温不佳而损失 ; ②有大量的含磷、氮、铬等元素 的废水排放 ; ③生成锌盐磷化膜时产生的磷化 渣 ,需作为废弃物处理。所以 ,耗能小、无污染的 材料 ,是当今前处理发展的主要趋势。 虽然近年来为贯彻清洁生产标准开发了许多 新的处理药剂和技术 ,如无磷无氮生物分解型脱 脂剂、长效表调剂、低温低渣磷化处理剂、无亚硝 酸的有机促进剂、无铬钝化和无钝化技术等 ,但传 统的磷化处理受锌盐磷化处理剂的本质所限 ,以 上缺点仍不能解决。为适应更高的环保节能的要 求和简化工艺降低成本的需求 ,国外开发成功不 用磷酸盐的涂装前表面处理技术。 1. 1 　氧化锆的转化膜 Henkel 公司和 Parker 公司都成功开发了基 于氧化锆的转化膜[1 ] ,不含法规限制的重金属和 磷酸盐。转化膜是非结晶质的氧化锆 , 膜重 100 mg/ m2 、膜厚 40μm。在工艺上 ,取消了表调 工序、缩短了成膜处理时间 (120～90 s) 。由此可 缩短设备长度和工艺时间。在环保方面 ,沉渣减 少 90 %以上 ,消除了 P、Ni、Mn , F 离子减少到原 磷化处理工艺的 1/ 8 以下。目前这种转化膜的性 能已经很接近锌盐磷化膜了。丰田汽车公司于 2006 年在零部件涂装线上开始投产应用 ,并纳入 2010 年轿车车身涂装工艺更新规划。 1. 2 　硅烷技术 Chemetall 公司开发成功的最新的预处理技 术 ———硅烷技术。这是采用 OXSIL AN 超薄的类 似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层 ,同时在 界面形成的 Si - O - Me (Me 为金属阳离子) 共价 键分子间力很强 ,与金属表面和随后的涂膜形成 良好的附着力。它与锌盐磷化处理相比 ,具有环 保、节能、操作简便及成本低等优点。硅烷预处理 工艺无需表面调整和钝化工序 ,可缩短工艺时间 和设备长度 ,现有前处理设备不用改造 ,仅需要更 换槽液即可投产应用 ,适用多种金属底材 (冷轧 板、镀锌板、铝板) 的混线处理。处理膜重 20～ 40 mg/ m2有机组份 ,40～80 mg/ m2 无机组份。 硅烷 OXSAM9812 预处理工艺参数 :时间 2 min , 25～45 ℃,处理方式为喷淋或浸渍 ,p H 值 3. 5～ 4. 5。这种硅烷技术已应用于汽车轮毂的生产[ 2 ] 。 1. 3 　卷板前处理和防腐涂料 PPG公司和 Henkel 公司都相继开发了可满 足汽车车身要求的卷板前处理和防腐涂料 ,使应用 预涂钢板制造车身成为可能 ,这将大大简化汽车车 身制造工艺 ,可能使汽车车身涂装实现零排放。 虽然无磷表面处理技术已经研制成功 ,并应 用在相关领域中 (如轮毂) ,但大规模的应用在汽 车领域仍需时日。PP G预计 : ①目前的三元磷化 将用到 2010 年 ; ②2010～2015 年之间 ,无磷的表 面处理技术将有一个上升的趋势。 2 　电 　　泳 阴极电泳涂料用作汽车车身底漆已有 30 年 历史 ,它是电泳涂装专用的水性涂料。现今全世 界 90 %以上的汽车车身采用 CED 涂料 ,为适应 环保节能的要求 ,已实现了低温化、低 VOC 化、 无铅化及低加热减量化 ,开发了高泳透力、锐边耐 蚀型等 CED 涂料。为进一步简化工艺、降低涂装 成本 ,正在开发研究超高泳透力 CED 涂料和耐候 性 (耐 UV)优良的 CED 涂料。 2. 1 　超高泳透力 CED 涂料 为使汽车车身内表面的阴极电泳涂膜厚度达 到 10μm (耐蚀性要求的膜厚) ,习惯做法是延长 电泳时间 (由 3 min 增到 4～5 min) ,提高电泳电 压和车身外表面的膜厚。目前 , PP G公司与丰田 公司合作 ,正在开发超高泳透力涂料。丰田公司 要求车身内腔膜厚 10μm ,外表面达到 15μm ,即 内腔达到基本保护的要求下 ,外表面没必要用太 厚的电泳膜。这样既可以减少涂料的使用量 ,也 可减少 VOC 的排放量。现在涂装成本可降低 10 % ,目标是降低 20 %。 2. 2 　耐侯性 (耐 UV) CED 涂料 为确保 CED 涂料的耐蚀性 ,多使用环氧树 脂 ,它易受光老化 ,耐侯性不佳。为适应简化工 艺 ,无中涂的两涂层涂装体系的需要 ,开发采用表 面平滑性好的耐侯性 (耐 UV) CED 涂料。耐侯 性 CED 涂料有 2 种类型 :一种是丙烯树脂 CED 涂料 ,另一种是层分离型高耐侯性 CED 涂料。后 者是利用溶解性参数的差异 ,2 种相溶性低的树 脂配合电泳涂装后 ,在烘干过程中在膜厚方向产 生层分离 ,在一道工序中使耐侯性和防蚀性并存 , 使其上层不仅具有耐侯性 ,还具有耐崩裂性 ,才具 有用于无中涂的涂装体系的可能性。 2005 年 ,欧洲已全部使用无铅电泳漆 ,到 2015 年 ,将全部转向耐侯性 (耐 UV)电泳漆。 3 　PVC 涂料 PVC 涂料是以聚氯乙烯树脂为主的塑料溶 胶涂料 ,属无溶剂涂料 ,固化条件为温度 110～ 921　增刊 李家伟 :汽车涂装的新技术及发展趋势 140 ℃,加热 10～15 min 或随中涂、面漆一道烘 干。在轿车车身涂装工艺中 ,PVC 涂料作为填密 缝隙用密封胶和车底涂料 ,以提高车身的密封舒 适性和车身底板的耐蚀性和抗石击性。PVC 涂 料的主要发展方向是低密度化 , 其密度由 1. 4 g/ cm2可降到 0. 8 g/ cm2 [3 ] ;其次是提高其与 中涂、面漆的相溶性。 近年来国外公司在开发自干型 (空气干燥)无 PVC 的车底涂料、焊缝密封胶替代现用的 PVC 系列的车底涂料、焊缝密封胶。日本丰田公司正 在开发湿气固化 (Moist ure cure)聚氨酯系列车底 涂料 ,是一种橡胶型弹性变形材料 ,不含 PVC、重 金属和溶剂 ,是自干型 ,不需烘干。在车身涂装合 格后涂布。它具有耐崩裂性和防声阻尼功能。 4 　中涂面漆 (罩光) 汽车涂装中排出的 VOC 主要来源于涂料和 喷具的清洗 ,在汽车涂装线上 VOC 的排出比例 中 ,中涂和面漆分别占到了 19 %和 36 % ,两者在 VOC 排放量中占全部排放量的 55 % ,所以控制 VOC 的排放 ,主要在于控制中涂和面漆的 VOC 排放 ,减少 VOC 排出量必须更新采用环保型涂 料。属于环保型涂料的有水性涂料、粉末涂料和 超高固体份涂料。 在欧洲 ,水性涂料的应用较普遍 ,一代中涂 (水性、粉末 ) 已经开始被低成本转换概念 (L CCC)二代中涂 (低膜厚水性中涂和低膜厚粉 末)所替代 ,烘干 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 和溶剂型完全相同 (20 ℃晾 干 6～8 min、升温 6～8 min、160 ℃保温 12～ 15 min ) ,外观质量优于第一代 ; 宽施工窗口 (50 %～80 %R H、20～32 ℃) 的金属和塑料通用 的水性底色漆开始应用 ,底色漆喷涂与罩光漆之 间不需要红外烘干和冷却 ,可以降低设备和生产 运行成本 ;双组份高固体份溶剂型或水性清漆应 用比较普及 ,在适应 VOC 排放要求的同时 ,抗擦 伤性能进一步提高 ;粉末罩光漆的应用不断改进 已经成熟 ,将进一步推广[4 ] 。 为了适应不断提高的环保节能的要求 ,目前 , 中涂和面漆开始向简化工艺方向发展。下面就介 绍几种新的工艺技术。 4. 1 　DuPont Herbert s 的 Eco concept 产品 为了降低涂装成本和减轻涂装公害 ,杜邦公 司开发出将中涂涂料及其工艺全部省掉的新技 术。其工艺对比如图 1 所示。 图 1 　Eco concept 与标准水性漆涂装工艺对比 Eco concept 是采用静态混合器向水性底色 漆中导入稳定化的基色漆 ,即在第一涂层的 WB2 BC 中加入第 2 个组分 mixing2component 。在不 改变面漆的烘干条件下 ,与面漆、清漆一起烘干。 从而使底色漆具有中涂漆的功能。其化学机理是 在特殊设计的宽施工窗口水性基色漆中 ,采用 UV 防护颜料、高弹性聚氨酯和稳定剂改性 ,从而 实现了中涂的阻挡紫外线穿透、抗石击和增加涂 层附着力的功能。其原理如图 2 所示。 图 2 　Eco concept 原理图 　　由于 Eco concept 取消了中涂 ,它的膜厚也比 传统的水性漆膜厚小 40～50μm。(数据来源于杜 邦) 。Eco concept 的优点主要有 : ①新 ( Eco con2 cept)涂装车间比标准水性漆涂装车间的投资降低 30 % ,减掉中涂机器人和输漆系统、中涂喷漆房、闪 干区和烘房、中涂的打磨间和擦净区以及中涂的场 地和位置 ; ②材料使用比标准水性漆涂装车间降 低 20 % ,减掉了中涂工段喷漆间的全部水、压缩空 031 合肥工业大学学报 (自然科学版) 第 30 卷 　 气和能源消耗、中涂工段烘房的能源消耗、中涂工 段的人工费用、中涂工段消耗的砂纸、黏性擦布、手 套、中涂工段的清洁维护费用 ; ③能量消耗比标准 水性漆涂装车间降低 30 %; ④VOC 排放量比标准 水性漆涂装车间降低 10 %。 目前 , 全球已有多个工厂采用 DuPont EcoConcept 工艺 :Daimler Chrysler 不来梅工厂、 BMW ( MIN I 车型) 工厂、SEA T 在 Martorell 工 厂、VW 西班牙工厂 ( POLO 车型车型) 及墨西哥 工厂 (宝来车型) 。在中国 ,长春一汽正在对 Du2 Pont EcoConcept 工艺进行认可。 4. 2 　Nippon 的 3C1B 工艺 立邦公司的有机溶剂型 3C1B 工艺 ,又称 3WET 工艺。即中涂、底色漆及罩光清漆 3 涂层 湿碰湿喷涂 ,在一个喷室内喷完 , 一起烘干 140～ 150 ℃。水性 3WET 产品 2007 年将完成开发 , 2008 年将投入使用。工艺变化如图 3 所示。 图 3 　3C1B 工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 3C1B 工艺采用高固体份中涂漆、底色漆和罩 光漆 ,通过改善中涂漆性能 ,得以调整膜厚度和按 不同工位有效控制膜厚度 (内板无中涂) ,使中涂 由传统的 30～35μm 降到 20～25μm ,仍能保证 对底材的填充性和流平性 ;采用高效机器人喷涂 , 减少喷杯数提高涂着效率及涂装有效率 ,合理设 计以减少换色次数和换色溶剂水泵量 ,从枪头回 收溶剂。 3C1B 工艺的优点 : ①经济 :取消中涂烘干、 冷却、打磨等工序 ;能耗降低 20 %～30 % (通过 CO2 排放计算) ;减少设备的使用 (中涂喷房、烘 炉、打磨工段) ;涂料使用量降低约 20 % ; ②环保 : VOC 排放量降低约 30 %～40 % (VOC 排放量约 35 g/ m2 ) 。 3C1B 工艺已用于日本马自达、海南马自达、 南京福特马自达和沈阳金杯客车等涂装线 ,经济 效益和社会效益较好 (符合我国环保和节能政策 要求) 。但要求使用 3C1B 体系涂装的车体钢板、 磷化膜和电泳漆膜等的缺陷很少或不深 ,不会影 响到面漆后的光泽、表面状态和平滑性。在涂装 前就需要对涂装车体、喷漆室、空调送风、涂装设 备管路、压缩空气、喷漆工人及涂装材料等严格进 行洁净处理 ,保证达到无尘涂装。 4. 3 　BASF 的双底涂工艺 BASF 公司推出的双底涂工艺 ,即电泳底漆 与中涂湿碰湿工艺 ,其功能与耐侯性电泳漆相似。 BASF 的这项新技术是先在底材上涂上 15～ 25μm的α2Prime 电泳涂料 ,然后湿碰湿涂上15～ 25μm 的β2Prime 水性薄膜中涂 ,接着 ,这两层涂 料在 150 ℃下烘干 15 min。这样就减少了底漆 打磨工序和电泳烘干[ 5 ] 。 这种工艺所得涂层的外观和附着力优良 ,其 耐蚀性、抗石击性和抗划伤性也有所提高。但这 种工艺在国内还没有应用 ,也没有汽车厂家对其 进行认可。 5 　结束语 综上所述 ,未来的汽车涂装一定朝着环保、节 能的方向发展 ,同时也在不断地提高涂膜耐蚀性、 抗石击性及装饰性。主机厂要与世界上知名的化 学品供应商、设备供应商合作 ,建立巩固的战略伙 伴关系 ,开发出更简化的、更节能、更环保的工艺 产品。 参 　考 　文 　献 [ 1 ] 　王锡春. 汽车涂料涂装的环保和降成本技术的最新进展 [ C] ∥中国汽车工程学会装涂分会 Sup . 南京 ,2007 :4. 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