最新汽车环保涂装工艺实践

李黎明 曹霁鸫 李干涛

【摘 要】随着环保意识的日益提升，国家和地方陆续对VOCs排放提出更加严苛的要求，以此引导企业优化工艺、减少VOCs排放。本文立足于汽车涂装车间，针对目前国内普遍应用的3大涂装工艺：溶剂型传统工艺、水性传统工艺以及紧凑型工艺，在减少工艺改造和投资成本的前提下，提出降低VOCs的产品升级方案。

【關键词】汽车环保;涂装工艺;实践

1 汽车涂料VOC排放所面临法律法规的挑战

中国汽车工业的快速发展起步于1998年。至2019年，中国汽车年产量已达2570万辆，巨全球第一。汽车行业作为现代化社会的标志性产业，其快速发展过程中伴随的环境污染尤其是大气污染受到社会各阶层的广泛关注。近几年，国家和地方对涂装车间大气污染排放提出更为严格的要求，不仅规定了单位涂装面积污染物排放限值，同时也对涂料VOCs含量提出了新的要求。

2 传统溶剂型工艺降低VOCs方案

传统溶剂型工艺在产品性能、材料成本、管理成本、设备投资和能源成本等方面都极具竞争力，2003年之前所建工厂基本采用此工艺。

若将传统溶剂型工艺向水性工艺升级，改造成本和难度较大。设备改造方面：（1）水性涂料潜热大、挥发慢，为使水性金属漆漆膜湿度<10%（喷涂清漆前的要求），必须新增两个闪干段来保证中涂和色漆层充分脱水，需优先考虑是否有足够空间安装闪干段;（2）水性涂料施工窗口窄，为获得优质的漆膜，需严格控制喷涂环境的温度和相对湿度，并长期保持在最佳范围内——温度（25±2）℃，相对湿度（65±5）%。因此必须新增控温控湿设备;（3）水性漆的贮漆容器、输漆管路、相关部件须采用不锈钢材质，并需化学钝化处理，工艺更改需重新采购、更换;（4）溶剂型金属漆与水性金属漆导电性存在较大差异，现有静电喷涂设备无法满足水性金属漆静电涂装需求，设备须相应改造。制造成本方面：水性涂料的闪干/烘烤段将大幅增加能耗。综上所述，传统溶剂工艺若向传统水性工艺改造，材料成本、设备投资以及能耗等方面挑战较大，且能耗增加问题尤为突出。如将传统溶剂型工艺改造为3C1B工艺，也需考虑原生产线是否有PVC烘干、中涂和面漆喷涂工艺位置可否直接相连等问题。上述两种改造方案均存在一定的设备投入及对生产的潜在影响。相对而言，传统溶剂型工艺向高固体分溶剂型涂料（以下简称高固）转型更易实现。高固在施工要求上与传统中低固溶剂型涂装工艺一致，基本无需改造。但高固提高10%～25%的固体分，可从源头上有效减少VOCs排放，最高可降低60%左右。

溶剂型（中低固）产品在向高固转型时，需要关注的几点：

（1）提升环境稳定性

高固产品因树脂含量高，对温度变化更敏感。因此产品转换前建议先评估车间的温控条件，尽可能降低不同季节下车间温度和相对湿度波动。如投资受限，车间温、湿度控制提升大，施工时需密切关注并调整涂料施工黏度，以降低漆膜缺陷产生的风险。

（2）调整机器人喷涂参数

高固的雾化难度加大，即使雾化口喷出的漆滴大小一致，也没有传统涂料细腻。为了达到相同的颜色效果，高固涂料需提升旋杯转速，同时高固采用更多极性分子的溶剂以提高溶解分散能力，因此高固电阻率更低，静电报警阀值需相应下调。最后，高固涂料固含高，为了达到与传统涂料相同的涂层膜厚，可依据固含比例下调喷涂流量，亦可降低涂料耗量。

高固色漆在前期调试期间，在PVC胶条配套性上出现的问题：

（1）细密封胶条边缘区域出现麻点。

该整车厂内表面采用手工喷涂，出现麻点区域，处于夹缝边缘，加上铰链遮挡，无法达到正常喷涂膜厚的要求，只有5μm左右。分析原因：色漆漆膜较薄的情况下，由于表面润湿不良，在烘烤后表现为麻点。因此在涂料中增加表面张力助剂，并提升问题区域的喷涂膜厚，问题得到解决。

（2）密封胶条油漆开裂

开裂部位集中于尾灯区域的密封胶上，仅油漆开裂，胶条自身完整，对密封性能无影响。原因分析：在烘烤过程中，湿膜与密封胶的热胀冷缩系数差异较大，加上漆膜中溶剂挥发速度较快，收缩速度快，造成开裂。通过调整产品溶剂体系，降低挥发速率，同时优化烘房升温段的升温速度，问题得以成功解决。

传统溶剂工艺将低固涂料直接向高固涂料转换，无需进行设备改造，在桔皮等级相同条件下，VOC排放可下降30%。因此传统溶剂型工艺想要降低VOC，如不考虑油改水的升级要求，直接向高固产品切换是最省时省力的改造方案之一。

3 传统水性涂料降低VOC

2006年国家环保总局颁布的《清洁生产标准汽车制造业（涂装）》大大推动了水性漆的应用进程。在紧凑型工艺普及前，新建涂装线基本采用传统水性工艺。传统水性工艺最大的挑战来自于能耗。若能向紧凑型工艺转型，材料、能耗降低效果均较为显著。但受PVC烘烤需求以及工艺布局所限，改造难度大，在资金投入大的同时，还要考虑停产改造对生产的影响。目前有一种新型技术，以PPG的XP Basecoat为代表，可在电泳和打胶工艺后直接进行色漆喷涂及后续工艺，取消中涂喷涂，中涂烘烤以及中涂打磨工段。新工艺无需设备改造，直接达到紧凑型工艺的效果，可帮助降低施工成本30%左右。

中涂在传统工艺体系中发挥着填充、抗石击、吸收紫外线等重要功能。如取消中涂层，紫外线照射会导致电泳层粉化，因此寻找合适的紫外光吸收剂对新材料开发至关重要。新技术在色漆配方中部分引入中涂（B1）的配方设计，降低紫外线透射率，以确保涂层达到相关性能要求。

目前该技术已成功实现商业化的主要是黑和白（包括素色白和珍珠白）两色，其他颜色，如红、银、蓝等暂无商业化案例。在近几年，黑白两色几乎占到市场50%以上色漆份额。传统水性工艺向该工艺转化时，可安排黑白两色集中生产，选择性关闭中涂喷涂，烘烤，以及打磨工艺。该技术相对于传统水性工艺会略敏感，调试过程中车身内表面易出现针孔缺陷，但通过喷涂参数优化以及油漆助剂调整可得到有效解决。

4 水性紧凑型工艺

水性紧凑型工艺其产品VOCs含量与传统水性工艺属于同一水平，基本保持在300～520g/L范围内，但其在节能降耗方面存在显著优势，已成为新建项目的首选，水性紧凑型工艺的最大难点在于工艺紧凑（涂层湿碰湿），闪干脱水率速率慢，烘烤过程涂层易出现针孔，因此，须从材料和工艺这两方面同时着手优化以彻底解决该问题：（1）油漆材料部分：添加溶剂，控制涂料黏度以提升漆膜表干效果;（2）工艺部分：提升雾化效果，控制膜厚处于要求中位值，同时加大喷幅以使膜厚均匀。

5结语

降低涂料VOCs含量通常是向水性或高固两个技术路线发展。无论溶剂型涂料还是水性涂料向高固技术上发展均是最快捷的方法，高固技术可以在原设备上直接投放使用，无需大的设备改造和投资，施工参数调整后即可达到同等的质量和外观水平。减少成本投资和节能减排是涂装行业永恒的课题，相信未来将会有越来越多新技术陆续出台。

参考文献：

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[2]宋钊，陆立群，陈晓婷.上海汽车制造业涂装废气中挥发性有机污染物排放特征与控制标准研究[J].化学世界，2017（2）：76-80.

[3]和军强.汽车高固含涂装工艺的研究与应用[J].涂料技术与文摘，2017，38（6）：8-12.

（作者单位：上汽通用汽车有限公司武汉分公司）